A vida na Terra opera sob uma taxação energética que transcende a mera realização de funções biológicas. Além da energia gasta para mover, crescer ou reproduzir, existe um custo oculto e constante para manter a intrincada química celular nos trilhos, prevenindo que reações indesejadas ocorram. Este imposto invisível, crucial para a própria existência e integridade dos sistemas vivos, tem sido agora quantificado por uma nova estrutura termodinâmica.
Cientistas desenvolveram uma metodologia que permite calcular esses gastos energéticos negligenciados, oferecendo uma nova perspectiva sobre como a vida selecionou e refinou suas vias metabólicas. A descoberta, publicada no Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment (JSTAT) em 6 de janeiro de 2026, conforme noticiado pela ScienceDaily, sugere que a natureza favoreceu caminhos que minimizam esse desperdício de energia.
Ao contrário da mecânica clássica, que assume a ausência de custo energético quando nada se move, sistemas vivos demonstram que impedir algo de acontecer ou guiar um processo por uma via específica exige um gasto significativo. Estes custos ocultos são reais e podem ser surpreendentemente elevados, moldando a eficiência biológica e a evolução desde as primeiras células.
Como a vida aprendeu a controlar a química
A emergência da vida primitiva provavelmente começou com a formação de membranas celulares que estabeleceram uma distinção crucial entre o interior e o ambiente externo. A partir desse ponto, o sistema teve de investir energia para manter essa separação e para controlar quais reações químicas poderiam ocorrer internamente. Em vez de permitir todas as reações possíveis, as células iniciais selecionaram um conjunto limitado de vias metabólicas, utilizando materiais externos para produzir compostos úteis.
Este gerenciamento de fronteiras e escolhas é intrínseco à vida. Embora o metabolismo tenha custos energéticos óbvios ligados às reações em si, há um esforço adicional para direcionar a atividade química ao longo de vias específicas, evitando que as reações se ramifiquem em todas as alternativas fisicamente possíveis. Esse esforço, que a mecânica clássica ignoraria, contribui para a produção de entropia e carrega um preço energético real.
Medindo a improbabilidade em vez de energia
Pesquisadores como Praful Gagrani, da Universidade de Tóquio, Nino Lauber, da Universidade de Viena, Eric Smith, do Georgia Institute of Technology, e Christoph Flamm, também da Universidade de Viena, foram pioneiros no desenvolvimento de um método para calcular esses custos ocultos. Sua abordagem permite classificar as vias metabólicas com base em sua demanda energética, revelando insights valiosos sobre a eficiência biológica e a evolução.
Um dos coautores, Eric Smith, utilizou um software chamado MØD para enumerar todas as vias possíveis para construir moléculas orgânicas a partir de CO2, um processo central no ciclo de Calvin da fotossíntese. Gagrani destaca que, ao aplicar o que agora chamam de “custo de manutenção” para classificar essas vias, a análise revelou que o caminho utilizado pela natureza está entre as opções menos dissipativas, ou seja, requer menos energia do que a maioria das alternativas. Essa otimização é um testemunho da sofisticação da evolução biológica.
O novo método permite estimar sistematicamente os custos termodinâmicos do metabolismo, tratando a célula como um sistema com fluxo constante. Essa capacidade de medir a “improbabilidade” – o quão improvável é que uma reação específica ocorra sem esse direcionamento energético – abre um campo vasto para entender como os processos fundamentais da vida foram selecionados e refinados ao longo de bilhões de anos, oferecendo uma lente poderosa sobre a evolução.
