Há poucas questões maiores – ou mais difíceis – de abordar na ciência do que a questão de como a vida surgiu. Não só não estávamos por perto quando aconteceu como não há evidências de que uma forma vida possa vir de qualquer coisa além de outra forma de vida anterior.

Christoph Adami não sabe como a vida começou, mas ele sabe muitas outras coisas. Sua principal expertise é a teoria da informação, um ramo de matemática aplicada desenvolvido na década de 1940 para entender as transmissões de informações. Desde então, o campo encontrou ampla aplicação, e poucos pesquisadores contribuíram mais do que Adami, que é professor de Física e Astronomia e também de Microbiologia e Genética Molecular na Michigan State University. Ele toma a perspectiva analítica fornecida pela teoria da informação e transplanta-a para uma grande variedade de disciplinas, incluindo microbiologia, genética, física, astronomia e neurociência. Ultimamente, ele a está usando para criar uma moldura estatística sobre as circunstâncias que poderiam ter existido no momento em que a vida primeiro surgiu.

Para fazer isso, ele começa com um salto mental: a vida, argumenta, não deve ser considerada como um evento químico. Em vez disso, deve ser pensada como informação.

A mudança de perspectiva fornece uma maneira clara de começar a abordar uma pergunta confusa. Na entrevista a seguir, Adami define a informação como “a capacidade de fazer previsões com uma probabilidade melhor do que o acaso”, e diz que devemos pensar no genoma humano – ou no genoma de qualquer organismo – como um repositório de informações sobre o mundo reunido em pequenos bits ao longo do tempo através do processo de evolução. O repositório inclui informações sobre tudo o que possivelmente possamos saber, como como converter açúcar em energia, como escapar de um predador na savana e, mais crítico para a evolução, como se reproduzir ou auto-replicar.

Esta reconceitualização não resolve por si só a questão de como a vida começou, mas fornece uma estrutura em que podemos começar a calcular as chances de desenvolvimento da vida, em primeiro lugar. Adami explica que uma condição prévia para a informação é a existência de um alfabeto, um conjunto de peças que, quando montadas na ordem certa, expressam algo significativo. Ninguém sabe o que esse alfabeto era no momento em que as moléculas inanimadas se juntaram para produzir os primeiros bits de informação. Usando a teoria da informação, porém, Adami tenta ajudar os químicos a pensar sobre a distribuição de moléculas que teriam que estar presentes no início, a fim de torná-lo até mesmo estatisticamente plausível para a vida surgir por acaso.

O site norte-americano Quanta Magazine entrevistou Adami sobre o que a teoria da informação tem a dizer sobre as origens da vida. Uma versão editada e condensada da entrevista segue, traduzida pelos colaboradores do AZ.

ENTREVISTADOR: Como o conceito de informação nos ajuda a entender como a vida funciona?

CHRISTOPH ADAMI: a informação é a moeda da vida. Uma definição de informação é a capacidade de fazer previsões com a probabilidade melhor do que o acaso. Isso é o que qualquer organismo vivo precisa ser capaz de fazer, pois se pode fazer isso, está sobrevivendo a uma taxa maior. [Organismos inferiores] fazem previsões de que há carbono, água e açúcar. Os organismos superiores fazem previsões sobre, por exemplo, se um organismo o está perseguindo e como ele pode escapar. Nosso DNA é uma enciclopédia sobre o mundo em que vivemos e sobre como sobreviver nele.

Pense na evolução como um processo onde a informação está fluindo do meio ambiente para o genoma. O genoma aprende mais sobre o meio ambiente, e com essa informação, o genoma pode fazer previsões sobre o estado do meio ambiente.

Se o genoma é um reflexo do mundo, isso não torna o contexto da informação específico?

As informações em uma sequência precisam ser interpretadas em seu ambiente. Seu DNA não significa nada em Marte ou debaixo d’água, porque não é no subaquático onde você mora. Uma sequência é a informação em contexto. A sequência do vírus em seu contexto – seu host – tem informações suficientes para replicar porque pode tirar proveito do seu ambiente.

O que acontece quando o ambiente muda?

A primeira coisa que acontece é que coisas que eram informações sobre o meio ambiente não são mais informações. A mudança cataclísmica significa que a quantidade de informações que se tem sobre o meio ambiente pode ter diminuído. E porque a informação é a moeda da vida, de repente você não está mais adequado. Foi o que aconteceu com os dinossauros.

Uma vez que se começa a pensar sobre a vida como informação, como ela muda a maneira como você pensa sobre as condições em que a vida pode ter surgido?

A vida é a informação armazenada em uma linguagem simbólica. É auto-referencial, o que é necessário porque qualquer informação é rara, e a única maneira de fazê-la parar de ser rara é copiando a sequência com as instruções dadas dentro da própria sequência. O segredo de toda a vida é que, através do processo de cópia, pegamos algo que é extraordinariamente raro e o tornamos extraordinariamente abundante.

Mas de onde veio esse primeiro bit de informação auto-referencial?

Nós, naturalmente, sabemos que toda a vida na Terra possui enormes quantidades de informação que vem da evolução, o que permite que as informações cresçam lentamente. Antes da evolução, não se poderia ter esse processo. Como consequência, a primeira informação deve ter surgido por acaso.

Muito do seu trabalho tem sido descobrir apenas essa probabilidade, de que a vida teria surgido por acaso.

Por um lado, o problema é fácil. Por outro, é difícil. Não sabemos qual era essa linguagem simbólica da origem da vida. Poderia ter sido RNA ou qualquer outro conjunto de moléculas. Mas tem que ter sido um alfabeto. A parte fácil é perguntar simplesmente qual é a probabilidade de vida, dado absolutamente nenhum conhecimento da distribuição das letras do alfabeto. Em outros termos, cada letra do alfabeto está à sua disposição com igual frequência.

O equivalente a isso é, digamos, que em vez de procurar uma forma de vida auto-replicante, estarmos à procura de uma palavra da língua portuguesa (nota do tradutor, no original “da língua inglesa”). Pegue a palavra “origem”, por exemplo. Se eu escrever letras aleatoriamente, qual a probabilidade de que eu digite ao acaso “origem”? É de uma em 10 bilhões.

Mesmo as palavras simples são muito raras. Então você pode fazer um cálculo: quão provável seria obter 100 bits de informação por acaso? Isso se torna rapidamente tão improvável que, em um universo finito, a probabilidade se aproxima efetivamente de zero.

Mas não há motivos para presumir que cada letra do alfabeto estava presente na mesma proporção quando a vida começou. O baralho poderia ser empilhado?

As letras do alfabeto, os monômeros da hipotética química primordial, não ocorrem com igual frequência. A taxa em que ocorrem depende enormemente das condições locais, como temperatura, pressão e níveis de acidez.

Como isso afeta a chance de a vida surgir?

Se a distribuição de probabilidades de letras for tendenciosa, então algumas letras são mais prováveis ​​do que outras? Podemos fazer isso para a língua inglesa. Imaginemos que a distribuição de letras é a da língua inglesa, com “e” mais comum do que “t”. Se você fizer isso, verifica-se que a probabilidade do surgimento de “origin” aumenta em uma ordem de grandeza. Só por ter uma distribuição de frequência mais próxima do que você deseja, você conquista um fator exponencialmente amplificador.

O que isso significa para a origem da vida? Se você fizer um cálculo matemático ingênuo da probabilidade de emergência espontânea, a resposta é que ela não pode acontecer na Terra ou em qualquer planeta em qualquer lugar do universo. Mas isso é consequência de que você está desconsiderando um processo que ajusta a probabilidade.

Há uma enorme diversidade de nichos ambientais na Terra. Temos todos os tipos de lugares diferentes – talvez milhões ou bilhões de lugares diferentes – com diferentes distribuições de probabilidade. Nós só precisamos de uma distribuição que por acaso se aproxima da composição correta. Ao ter essa enorme variedade de ambientes diferentes, podemos obter informações facilmente.

Mas não conhecemos as condições no momento em que a primeira informação apareceu por acaso.
Há um número extraordinário de incógnitas. A maior é que não sabemos qual era o conjunto original de produtos químicos. Tenho ouvido enormes quantidades de coisas interessantes sobre o que acontece nas erupções vulcânicas [no oceano]. Parece que esse tipo de ambiente está configurado para produzir informações facilmente. Esta é sempre uma questão relevante sobre as origens da vida: o que ocorreu primeiro, o metabolismo ou a replicação? Neste caso, parece que você está obtendo o metabolismo primeiro. A replicação precisa de energia; você não pode fazê-lo sem energia. De onde vem a energia, se você não tem metabolismo? Acontece que, nessas condições vulcânicas, você obtém o metabolismo de graça.

Se você conseguiu isso, a única coisa que de que precisa é uma maneira de se afastar dessa fonte de metabolismo para estabelecer genes que possam fazer o metabolismo funcionar.

Sua opinião sobre as origens da vida é muito diferente das abordagens mais familiares, tal como pensar sobre a química dos aminoácidos. Existem maneiras em que sua abordagem complementa essas?

Se você apenas olha produtos químicos, você não sabe a quantidade de informação que está por aí. Você precisa ter processos que lhe dêem informação espontaneamente, sem eles, a matemática simplesmente não vai funcionar. Criar certos tipos de moléculas torna mais provável a criação de outros e prejudica a distribuição de probabilidade de uma maneira que torna a vida menos rara. A quantidade de informações que você precisa espontaneamente nesse contexto é essencialmente zero.

Os químicos dizem: “Ainda não entendo o que você está dizendo”, porque eles não entendem a teoria da informação, mas estão ouvindo. Esta é talvez a primeira vez que a aplicação rigorosa da teoria da informação está sendo sugerida a esses químicos, mas eles estão dispostos a aprender. Perguntei aos químicos: “Vocês acreditam que a base da vida é a informação?” E a maioria deles respondeu: “Você me convenceu, é informação”.

Seus modelos investigam como a vida poderia surgir por acaso. Você acha que as pessoas são filosoficamente oponentes a essa possibilidade?

Estive sob o ataque dos criacionistas desde o momento em que criei “vida” ao projetar [o simulador de vida artificial] Avida. Fiquei nas suas listas de alvo principal imediatamente. Estou acostumado a esse tipo de luta. Eles fizeram um ataque tímido porque não estavam realmente entendendo o que eu disse, o que é normal, porque eu não acho que eles entenderiam o conceito de informação.

Vocês têm especialidade em muitos campos, como biologia, física, astronomia e neurociência. Em uma publicação no ano passado, você aprovou o que Erwin Schrödinger escreveu: “Alguns de nós deveriam se aventurar em uma síntese de fatos e teorias, embora com conhecimento de segunda mão e incompleto de alguns deles”. Você vê seu trabalho dessa forma?

Sim. Sou treinado como físico teórico, mas quanto mais se aprende sobre diferentes campos, mais se percebe que esses campos não são separados pelos limites que as pessoas colocaram entre eles, mas na verdade compartilham enormes pontos comuns. Como consequência, aprendi a descobrir uma possível aplicação em um campo diferente e a tentar progredir a partir dessa aplicação. É um método que tem seus detratores. Toda vez que eu pulo em um área, eu me deparo com um novo conjunto de críticos que diz: “Quem diabos é ele?” Eu acredito que sou capaz de ver mais do que outros porque vi muitas diferentes áreas da ciência.

Schrödinger continua dizendo que os cientistas realizam esse tipo de trabalho de síntese “com o risco de se enganar”. Você se preocupa com isso?

Eu estou bem ciente disso, e é por isso que, quando vou para outra área, procuro ler o máximo que posso sobre ela, porque tenho a inclinação de não fazer de mim mesmo um idiota em determinada situação. Se eu me dedicar a uma outra área da ciência, preciso ter o controle total da literatura sobre essa área e, portanto, posso atuar como se eu estivesse no campo por 20 anos, o que torna tudo mais difícil. Então você tem que trabalhar duas vezes mais do que outros especialistas. As pessoas dizem: “Por que você faz isso?” Se eu vejo um problema em que acho que posso fazer uma contribuição, tenho dificuldade em dizer que vou deixar que outras pessoas o façam.