Existem poucas questões maiores — ou mais difíceis — de enfrentar na ciência do que a questão de como a vida surgiu. Não estávamos por perto quando isso aconteceu, é claro, e além do fato de que a vida existe, não há evidências que sugiram que a vida pode vir de qualquer coisa além da vida anterior. O que representa um dilema.

Christoph Adami não sabe como a vida começou, mas sabe muitas outras coisas. Sua principal especialidade é a teoria da informação, um ramo da matemática aplicada desenvolvido na década de 1940 para compreender as transmissões de informações por meio de um fio. Desde então, o campo encontrou ampla aplicação, e poucos pesquisadores fizeram mais nesse sentido do que Adami, que é professor de física e astronomia e também de microbiologia e genética molecular na Michigan State University. Ele assume a perspectiva analítica fornecida pela teoria da informação e a transplanta em uma grande variedade de disciplinas, incluindo microbiologia, genética, física, astronomia e neurociência. Ultimamente, ele o tem usado para abrir uma janela estatística sobre as circunstâncias que podem ter existido no momento em que a vida se instalou pela primeira vez.

Para fazer isso, ele começa com um salto mental: a vida, ele argumenta, não deve ser pensada como um evento químico. Em vez disso, deve ser pensado como informação. A mudança de perspectiva fornece uma maneira organizada de começar a lidar com uma questão complicada. Na entrevista a seguir, Adami define informação como “a capacidade de fazer previsões com uma probabilidade melhor do que o acaso”, e ele diz que devemos pensar no genoma humano — ou o genoma de qualquer organismo — como um repositório de informações sobre o mundo coletado em pequenos pedaços ao longo do tempo através do processo de evolução. O repositório inclui informações sobre tudo o que poderíamos precisar saber, como converter açúcar em energia, como escapar de um predador na savana e, o que é mais importante para a evolução, como reproduzir ou autorreplicar.

Essa reconceitualização não resolve por si só a questão de como a vida começou, mas fornece uma estrutura na qual podemos começar a calcular as chances de desenvolvimento da vida em primeiro lugar. Adami explica que uma pré-condição para a informação é a existência de um alfabeto, um conjunto de peças que, quando montadas na ordem certa, expressa algo significativo. Ninguém sabe o que era aquele alfabeto na época em que as moléculas inanimadas se uniram para produzir os primeiros bits de informação. Usando a teoria da informação, porém, Adami tenta ajudar os químicos a pensar sobre a distribuição das moléculas que deveriam estar presentes no início para que fosse estatisticamente plausível que a vida surgisse por acaso.

Quanta Magazine conversou com Adami sobre o que a teoria da informação tem a dizer sobre as origens da vida. Segue uma versão editada e condensada da entrevista.

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

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

Pense na evolução como um processo em que as informações fluem do ambiente para o genoma. O genoma aprende mais sobre o meio ambiente e, com essas informações, 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 debaixo d’água não é onde você vive. Uma sequência é uma informação no contexto. A sequência de um vírus em seu contexto — seu hospedeiro — tem informações suficientes para se replicar porque pode tirar proveito de 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. Mudança cataclísmica significa que a quantidade de informações que você tem sobre o meio ambiente pode ter diminuído. E porque a informação é a moeda da vida, de repente você não está mais em forma. Foi o que aconteceu com os dinossauros.

Depois que você começa a pensar na vida como informação, como isso muda a maneira como você pensa sobre as condições sob as quais a vida pode ter surgido?

A vida é informação armazenada em uma linguagem simbólica. É autorreferencial, o que é necessário porque qualquer informação é rara, e a única maneira de fazer com que ela deixe de ser rara é copiando a sequência com as instruções fornecidas dentro da sequência. O segredo de toda a vida é que, por meio do processo de cópia, pegamos algo que é extraordinariamente raro e o tornamos extraordinariamente abundante.

Mas de onde veio esse primeiro bit de informação autorreferencial?

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

Muito do seu trabalho foi descobrir exatamente essa probabilidade, que a vida teria surgido por acaso.

Por um lado, o problema é fácil; por outro, é difícil. Não sabemos o que era aquela linguagem simbólica na origem da vida. Pode ter sido RNA ou qualquer outro conjunto de moléculas. Mas deve ter sido um alfabeto. A parte fácil é perguntar simplesmente qual é a probabilidade de vida, dado nenhum conhecimento da distribuição das letras do alfabeto. Em outras palavras, 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, estamos procurando uma palavra em inglês. Pegue a palavra “origens”. Se eu digitar letras aleatoriamente, qual a probabilidade de eu digitar “origens”? É um em 10 bilhões.

Mesmo palavras simples são muito raras. Em seguida, você pode fazer um cálculo: Qual a probabilidade de obter 100 bits de informação por acaso? Rapidamente se torna tão improvável que, em um universo finito, a probabilidade é efetivamente zero.

Mas não há razão para supor que cada letra do alfabeto estava presente em proporção igual quando a vida começou. O baralho poderia ter sido empilhado?

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

Como isso afeta a chance de surgimento de vida?

E se a distribuição de probabilidade das letras for tendenciosa, de modo que algumas letras são mais prováveis ​​do que outras? Podemos fazer isso para o idioma inglês. Vamos imaginar que a distribuição de letras seja a do idioma inglês, com e mais comum que t, que é mais comum que i. Se você fizer isso, verifica-se que a probabilidade do surgimento de “origens” aumenta em uma ordem de magnitude. Apenas por ter uma distribuição de frequência mais próxima do que você deseja, isso não apenas compra um pouco, mas também um fator de amplificação exponencial.

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 isso não pode acontecer na Terra ou em qualquer planeta em qualquer parte do universo. Mas acontece que você está desconsiderando um processo que ajusta a probabilidade.

Existe uma enorme diversidade de nichos ambientais na Terra. Temos todos os tipos de lugares diferentes — talvez milhões ou bilhões de lugares diferentes — com distribuições de probabilidade diferentes. Precisamos apenas de um que por acaso se aproxime da composição correta. Por ter essa grande variedade de ambientes diferentes, podemos obter informações gratuitamente.

Mas não conhecemos as condições no momento em que a primeira informação apareceu por acaso.

Existe um número extraordinário de incógnitas. O maior deles é que não sabemos qual era o conjunto original de produtos químicos. Eu ouvi uma quantidade enorme de coisas interessantes sobre o que acontece em aberturas vulcânicas [sob o oceano]. Parece que esse tipo de ambiente é configurado para obter informações gratuitamente. É sempre uma questão nas origens da vida, o que veio primeiro, metabolismo ou replicação. Neste caso, parece que você está obtendo metabolismo de graça. A replicação precisa de energia; você não pode fazer isso sem energia. De onde vem a energia se você não tem metabolismo? Acontece que, nessas aberturas, você obtém metabolismo de graça.

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

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

Se você apenas olhar para os produtos químicos, não sabe quanta informação está lá. Você tem que ter processos que fornecem informações gratuitamente e, sem eles, a matemática simplesmente não vai funcionar. A criação de certos tipos de moléculas torna mais provável a criação de outros e viesa a distribuição de probabilidade de uma forma que torna a vida menos rara. A quantidade de informações de que você precisa gratuitamente é essencialmente zero.

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

Seus modelos investigam como a vida pode surgir por acaso. Você acha que as pessoas se opõem filosoficamente a essa possibilidade?

Tenho sido atacado por criacionistas desde o momento em que criei a vida ao projetar [o simulador de vida artificial] Avida. Eu estava em sua lista de alvos principais imediatamente. Estou acostumado com esse tipo de luta. Eles fizeram ataques meio tímidos porque não estavam realmente entendendo o que eu estou dizendo, o que é normal porque eu acho que eles nunca entenderam o conceito de informação.

Você tem pontos de apoio em muitos campos, como biologia, física, astronomia e neurociência. Em uma postagem de blog em 2014, você citou com aprovação Erwin Schrödinger, que escreveu: “Alguns de nós deveriam se aventurar a embarcar em uma síntese de fatos e teorias, embora com conhecimento de segunda mão e incompleto de alguns deles”. Você se vê e seu trabalho dessa forma?

Sim. Fui treinado como físico teórico, mas quanto mais você aprende sobre diferentes campos, mais você percebe que esses campos não são separados pelos limites que as pessoas colocaram sobre eles, mas na verdade compartilham enormes semelhanças. Como consequência, aprendi a descobrir uma possível aplicação em um campo remoto e comecei a pular lá e tentar fazer progressos. É um método que tem seus detratores. Cada vez que pulo em um campo, tenho um novo conjunto de revisores e eles dizem: “Quem diabos é ele?” Eu acredito que sou capaz de ver mais longe do que os outros porque olhei para muitos campos diferentes da ciência.

Schrödinger prossegue, dizendo que os cientistas realizam esse tipo de trabalho de síntese “correndo o risco de fazer de nós mesmos tolos”. Você se preocupa com isso?

Estou perfeitamente ciente disso, e é por isso que, quando salto para outro campo, estou tentando ler o máximo que posso sobre isso, porque tenho o preconceito de não fazer papel de bobo. Se eu entrar em um campo, preciso ter controle total da literatura e, portanto, devo ser capaz de agir como se estivesse no campo há 20 anos, o que torna isso difícil. Então você tem que trabalhar o dobro. As pessoas dizem: “Por que você faz isso?” Se vejo um problema em que acho que posso dar uma contribuição, é difícil dizer que estou deixando outras pessoas fazerem isso.

Tradução da entrevista The Information Theory of Life escrito por Kevin Hartnett e disponível na Quanta Magazine.

Mário Pereira Gomes
Mário Pereira Gomes

Graduado em História (UFPE), transhumanista e divulgador científico.