Descobertos efeitos magnéticos na origem da vida

Quiralidade da vida

A chamada homoquiralidade da vida – o fato de que todas as biomoléculas nos organismos vivos só ocorrem em uma de duas formas de imagem espelhada – tem intrigado os maiores cientistas de todas as épocas, desde o descobridor da quiralidade molecular, Louis Pasteur, até William Thomson (Lord Kelvin) e o ganhador do Prêmio Nobel Pierre Curie.

Ainda falta uma explicação conclusiva, já que ambas as formas têm, por exemplo, a mesma estabilidade química e não diferem entre si nas suas propriedades físico-químicas. A hipótese mais prontamente levantada foi a de que a interação entre os campos elétricos e magnéticos poderia explicar a preferência por uma ou outra forma de imagem espelhada de uma molécula – os chamados enantiômeros.

Contudo, foi apenas há alguns anos que surgiu a primeira evidência indireta de que as várias combinações desses campos de força podem de fato “distinguir” entre as duas imagens espelhadas de uma molécula. Isto foi conseguido através do estudo da interação de moléculas quirais com superfícies metálicas que apresentam um forte campo elétrico em curtas distâncias.

As superfícies de metais magnéticos como ferro, cobalto ou níquel permitem assim que os campos elétricos e magnéticos sejam combinados de várias maneiras – a direção da magnetização é simplesmente invertida, de “Norte-Sul” para “Sul-Norte”. Se a interação entre o magnetismo e os campos elétricos realmente desencadeia efeitos “enantiosseletivos”, então a força da interação entre as moléculas quirais e as superfícies magnéticas também deveria diferir dependendo se uma molécula destra ou canhota “se instala” em sua superfície.

Mas isto era só uma hipótese até agora.

Se apenas espirais de heliceno canhotas forem depositadas na superfície de cobalto-cobre, elas claramente preferem ilhas de cobalto com uma certa direção de magnetização. Na imagem da esquerda, as duas ilhas triangulares de cobalto têm magnetização oposta; as moléculas de heliceno canhotas ligam-se quase exclusivamente à ilha da direita e evitam a ilha da esquerda (exceto algumas moléculas na borda da ilha).

Imagens espelhadas preferem campos magnéticos opostos

E este é realmente o caso, como descobriu agora uma equipe liderada por Mohammad Safari e colegas dos Laboratórios Federais Suíços de Ciência e Tecnologia de Materiais (Empa) e do Centro de Pesquisas Julich (Alemanha).

A equipe revestiu uma superfície de cobre (não magnética) com pequenas “ilhas” ultrafinas de cobalto magnético e determinou a direção do campo magnético nelas usando microscopia de tunelamento de varredura polarizada por spin. Isso pode ocorrer em duas direções diferentes perpendiculares à superfície do metal: Norte ou Sul, ou para baixo e para cima. Os pesquisadores então depositaram moléculas quirais em forma de espiral – uma mistura 1:1 de moléculas de heptaheliceno destro e canhoto – nessas ilhas de cobalto em um ambiente de vácuo.

Em seguida, eles contaram o número de moléculas de heliceno destras e canhotas nas ilhas de cobalto magnetizadas de forma diferente – quase 800 moléculas no total. E aí veio a conclusão tão esperada: Dependendo da direção do campo magnético, uma ou outra forma das espirais de heliceno se estabeleceram preferencialmente.

Além disso, os experimentos mostraram que a seleção – a preferência por um ou outro enantiômero – não ocorre apenas durante a ligação às ilhas de cobalto, mas já antes. Antes de as moléculas assumirem a sua posição final (preferida) numa das ilhas de cobalto, elas migram longas distâncias através da superfície de cobre em um estado precursor ligado significativamente mais fraco, em “busca” de uma posição ideal.

As moléculas ficam ligadas à superfície apenas pelas chamadas forças de van der Waals, muito frágeis, mantidas meramente por flutuações na camada eletrônica dos átomos e moléculas. O fato de que mesmo assim elas são influenciadas pelo magnetismo, ou seja, a direção de rotação (spin) dos elétrons, era algo que não se conhecia até agora.

Embora possa não dar uma resposta definitiva sobre a razão da quiralidade da vida, este é um elemento adicional importante nessa área de pesquisas que já se estende por séculos, finalmente demonstrando que a origem da vida tem seus componentes elétrico e magnético.