Origem da vida
Prof. Veríssimo Júnior
Durante a formação do sistema solar a 4,6 bilhões de anos atrás parte da nuvem de poeira cósmica formou os
embriões dos planetas assim que o sol começou a brilhar, entre estes a terra.
O embrião planetário terrestre tinha imenso calor, mas foi se resfriando em milhões de anos possibilitando a formação da crosta terrestre e de uma atmosfera primitiva.
As erupções vulcânicas vindas do interior da Terra liberavam gases que
moldavam tal atmosfera. Esses gases
produziam tempestades inimagináveis para os dias atuais.
Para completar todo este cenário imensos meteoros se chocavam contra o nosso planeta, cujos impactos evaporavam os oceanos em formação. Para se ter uma idéia da força deste impactos, em um
deles a Terra se partiu formando o nosso satélite único, a Lua.
Sob estas condições que a vida se originou
Origem da vida
Até meados do séc. XIX, acreditava-se
que seres podiam surgir
espontaneamente da matéria não-viva.
Hoje, sabe-se que um ser vivo surge
somente através da
reprodução
.
• Defensores da abiogênese
Helmont
Needham
Aristóteles
Isaac Newton
• Críticos da biogênese
Redi
Joblot
Spallanzani
Louis Pasteur
Desde os gregos a idéia de geração espontânea da vida era algo visto como óbvio. Aristóteles era defensor desta idéia. A partir do renascimento, mais especificamente a partir de meados do século XVII, iniciou-se um intrigante debate entre pesquisadores que passaram a defender a idéia de que vida só poderia se originar de seres vivos preexistentes e de pesquisadores que defendiam a idéia tradicional de abiogênese.
Jan Baptista Van Helmont (1577-1644)
“(...)coloca-se, num canto sossegado e pouco iluminado, camisas sujas. Sobre elas espalham-se grãos de trigo, e o resultado será que, em 21 dias, surgirão ratos.”
Francesco Redi(1626-1697)
Redi combateu uma das principais evidências da abiogênese: - o aparecimento “espontâneo” de “vermes” em carne podre
• Hipótese de Redi: “Os seres vermiformes que surgem na carne em putrefação são larvas, um estágio do ciclo de vida das moscas. As larvas devem surgir de ovos colocados por moscas, e não por geração espontânea a partir da putrefação da carne”
Origem da vida
John Needham(1713-1781)
Hipótese da geração espontânea ganha novo impulso
Colocou caldo nutritivo em diversos frascos, fervendo-os
por 30 min e tampou os frascos com rolhas
Depois de alguns dias, os caldos estavam repletos de
micróbios. Argumentou então que os seres presentes
nos caldos surgiram por geração espontânea.
Origem da vida
Lazzaro Spallanzani(1729-1799)
Realizou experimentos semelhantes aos
de Needham, mas obteve resultados
diferentes
As infusões preparadas por Spallanzani,
muito bem fervidas e cuidadosamente
arrolhadas, continuaram livre de micróbios
Origem da vida
Needham versus Spallanzani
Argumento de Spallanzani: Needham não ferveu o caldo
por tempo suficiente ou não vedou os frascos de forma
eficiente
Resposta de Needham: A fervura por tempo prolongado
destruía a “
força vital
” presente no caldo
François Appert: Aproveitou as experiências de
Spallanzani e inventou a indústria de enlatados
Origem da vida
Em fins do século XVIII: descoberta do
gás oxigênio e seu papel essencial à vida
Novo
ponto
de
apoio
para
os
abiogenistas, que argumentavam que o
aquecimento prolongado e a vedação
hermética excluíam o oxigênio necessário
à geração espontânea e à sobrevivência
dos seres.
Origem da vida
Nova disputa travada entre biogenistas e abiogenistas
Abiogenistas: A presença de ar fresco era fundamental
para a geração espontânea da vida
Biogenistas: O ar era a fonte de contaminação dos
caldos
Academia Francesa de Ciências: prêmio para quem
apresentasse um experimento definitivo sobre essa
questão
Origem da vida
Louis Pasteur(1822-1895)
Experiência nos Alpes – Pasteur Levou frascos de vidro
fechados completamente contendo caldo nutritivo até as
altitudes dos Alpes
Abriu os frascos para que os caldos ficassem expostos
ao ar das montanhas; depois, foram novamente
derretidos e fechados
De volta ao laboratório, verificou que apenas um 1 dos
vinte frascos abertos nas montanhas havia se
Origem da vida
Argumento de Pasteur: O ar das montanhas
continha
muito
menos
“sementes”
de
organismos microscópicos do que o ar da
cidade, onde qualquer frasco aberto sempre se
contaminava
Na presença de membros da academia,
quebrou o gargalo de alguns frascos, expondo
os caldos ao ar da cidade; 3 dias depois, todos
os frascos haviam sido contaminados
Origem da vida
Os frascos com pescoço de cisne: novo experimento
Pasteur amoleceu os gargalos no fogo, esticando-os e
curvando-os em forma de pescoço de cisne; em seguida
ferveu os caldos até que saísse vapor pela extremidade
dos gargalos
À medida que esfriava, o ar penetrava pelo gargalo, mas
as partículas do ar ficavam retidas nas paredes do
gargalo em forma de pescoço; Nenhum frasco se
contaminou
3.2 – A Teoria de Oparin
Por volta de 1930 um russo chamado Alexsandr Oparin propôs uma teoria para a Origem da Vida, conhecida hoje por teoria dos Coacervados.
Oparin imaginou que a alta temperatura do planeta, a atuação dos raios ultra-violeta e a ocorrência de descargas elétricas na atmosfera pudessem ter provocado reações químicas entre os elementos que constituíam a atmosfera primitiva (gás metano, gás hidrogênio e amônia), essas reações daria origem aos aminoácidos.
Começavam então a cair as primeiras chuvas sobre o solo, e estas arrastavam moléculas de aminoácidos que ficavam sobre o solo. Com a alta temperatura do ambiente, a água logo evaporava e retornava à atmosfera onde novamente era precipitada e novamente evaporava e assim por diante. Oparin concluiu que aminoácidos que eram depositados pelas chuvas não retornavam à atmosfera com o vapor de água e assim permaneciam sobre as rochas quentes. Presumiu também que as moléculas de aminoácidos, sob o estímulo do calor, pudessem combinar-se por ligações peptídicas. Assim surgiriam moléculas maiores de substâncias albuminóides. Seriam então as primeiras proteínas a existir.
Uma representação artística do ambiente terrestre quando da origem da vida. Os primeiros passos evolutivos se deram em um ambiente bem distinto da Terra atual. Não havia oxigênio; a radiação solar, por consequência a radiação ultra-violeta eram intensas; tempestades eram constantes e atividade vulcânica incessante era praxe.
O experimento de Miller
Em 1953, para testar
a hipótese de Oparin
e Haldane, Miller
construiu um
equipamento que
representava as
condições que teriam
possibilitado o
surgimento da vida na
Terra.
Teoria moderna sobre origem
da vida
Panspermia: descoberta de moléculas
orgânicas em cometas e outros corpos
celestes.
Teoria da evolução química ou molecular:
Panspermia
Se refere à possibilidade de a vida ter se originado fora do planeta Terra e ter sido “semeada” por pedaços de rochas, como meteoritos, que teriam trazido “esporos” ou outras formas de vida alienígena.
Esses teriam evoluído nas condições favoráveis da Terra, até originar a diversidade de seres vivos que conhecemos.
Um dado interessante: chegam todos os anos, à superfície da Terra, ao redor de mil toneladas de meteoritos. Em algumas dessas rochas, foram encontradas substâncias orgânicas, como aminoácidos e bases nitrogenadas.
Defensores:
Fred Hoyle e Chandra Wickramasinghe: defendem a
idéia de que material biológico, como vírus, poderia ter chegado do espaço.
Contras:
o aquecimento de qualquer corpo que entrasse na atmosfera terrestre seria de tal ordem, que destruiria qualquer forma de vida semelhante às que conhecemos hoje.
Por outro lado, aceitar que a vida apareceu “fora” da Terra somente “empurraria” o problema para diante, já que não esclareceria como a vida teria surgido fora daqui.
Evolução química
Aceita que a vida pode ter surgido espontaneamente sobre o planeta Terra, através da evolução química de substâncias não vivas.
Essa terceira posição foi defendida pela primeira vez pelo biólogo Thomas Huxley (1825-1895) e retonada pelo
cientista russo Oparin (1894-1980) e pelo biólogo Burdon Haldane (1892-1964).
As idéias de Oparin
1) A idade aproximada da Terra é de 4,5 bilhões de anos, tendo a crosta se solidificado há uns 2,5 bilhões de anos.
2) A composição da atmosfera primitiva foi provavelmente diferente da atual; não havia nela O2 ou N2; existia amônia (NH3), metano (CH4), vapor de água (H2O) e hidrogênio (H2).
3) O vapor de água se condensou à medida que a temperatura da crosta diminuiu. Caíram chuvas sobre as rochas quentes, o que provou nova evaporação, nova condensação e assim por diante. Portanto, um ativo ciclo de chuvas.
4) Radiações ultravioleta e descargas elétricas das tempestades agiram sobre as moléculas da atmosfera primitiva: algumas ligações químicas foram desfeitas, outras surgiram; apareceram assim novos compostos na atmosfera, alguns dos quais orgânicos, como os
aminoácidos, por exemplo.
5) Aminoácidos e outros compostos foram arrastados pela água até a crosta ainda quente. Compostos orgânicos combinaram-se entre si, formando moléculas maiores, como os “proteinóides”.
6) A temperatura das rochas tornou-se inferior a 100oC, os mares estavam se formando. As moléculas orgânicas foram arrastadas para os mares. Na água, as probabilidades de encontro e choques entre moléculas aumentaram muito; formaram-se agregados moleculares maiores, os coacervados.
7) Os coacervados ainda não são seres vivos; no entanto eles continuam se chocando e reagindo. O coacervado pôde casualmente atingir a complexidade necessária. Daí em diante, se tal coacervado teve a propriedade de duplicar-se, pode-se admitir que surgiu a vida, mesmo que sob uma forma extremamente primitiva.
A comprovação experimental
Fox (1912-1998) Miller (1930 -)
Microsfera de Fox
Como apareceu o gene?
( O mundo do RNA )
Acredita-se hoje que a primeira molécula informacional tenha sido o RNA, e não o DNA. A descoberta de que certos “pedaços” de RNA têm uma atividade catalítica. A esses pedaços de RNA com atividade “enzimática”, os biólogos chamam de ribozimas.
O DNA deve ter sido um estágio mais avançado na confecção de um material genético estável; evidentemente, os primeiros DNA teriam sido feitos a partir de um molde de RNA original.
De qualquer forma, esses “genes nus”, isto é, envolvidos por nada, mas livres na argila ou na água, podem ter num período posterior “fixado residência” numa estrutura maior, como um coacervado ou uma microesfera...
Evolução dos processos energéticos
Hipótese Heterotrófica:
Prevê que os primeiros organismos se nutriam de material orgânico já pronto, que retiravam de seu meio.
Argumento a favor:
Primeiros seres vivos por serem muito simples, não teriam desenvolvido capacidade de produzir substâncias alimentares,
utilizando as substâncias orgânicas disponíveis no meio.
Pode-se caracterizar os primeiros seres vivos como:
Simples, unicelulares, abiogenético, heterótrofos e fermentadores anaeróbicos.
Hipótese autotrófica
Hipótese mais aceita atualmente. Propõe que o primeiro ser vivo foi quimiolitoautotrófico, ou seja, capaz de sintetizar seu próprio alimento orgânico a partir da energia liberada por reações químicas entre os componentes inorgânicos da crosta terrestre.
Argumento a favor:
• na Terra primitiva não havia quantidade suficiente de moléculas orgânicas para sustentar a multiplicação dos primeiros seres vivos até o aparecimento da fotossíntese;
• a descoberta das arqueobactérias, que vivem em ambientes inóspitos como fontes de água quente e vulcões submarinos, obtendo energia a partir de reações químicas entre componentes inorgânicos da crosta.
Origem da Fotossíntese
Processo realizado atualmente por algas,
plantas e certas bactérias.
Primeiros reagentes para fotossíntese
eram gás carbônico e o sulfeto de
hidrogênio.
6 CO2 + 12H2S + Energia luminosa = C6H12O6 + 6S2 + 6H2O
Origem da respiração aeróbia
A capacidade de utilizar a energia da luz solar
permitiu que as bactérias fotossintetizantes se
multiplicasse e a liberação de oxigênio foi tanta
que alterou a composição da atmosfera Terra.
Os seres ancestrais das cianobactérias
passaram a aproveitar o oxigênio para produzir
energia.
A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
Os primeiros seres vivos eram procariontes e possuíam uma organização celular muito simples.
O processo evolutivo, a partir destes, originou as primeiras células eucariontes de organização celular mais complexa.
A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
Uma das hipóteses mais aceitas para explicar tal processo evolutivo defende que células procariontes com diferentes dimensões teriam englobado células bacterianas estabelecido entre si relações de simbiose. Essa teoria é conhecida como teoria da endossimbiose sequencial.
A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida
A teoria da endossimbiose sequencial propõe que mitocôndrias e cloroplastos que são organelas derivadas da interação entre um organismo
procarionte ancestral aeróbio e outro organismo eucarionte unicelular anaeróbico.
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida
A simbiose entre tais células se deu a partir do momento que a atmosfera começou a apresentar uma concentração substancial de oxigênio e organismos aeróbios com uma maior produção de energia surgiram na Terra.
O evento de endocitose dos cloroplastos deve ter ocorrido mais tardiamente que o das mitocôndrias e deve ter ocorrido separadamente pelo menos três vezes, o que explica a grande variedade de pigmentos e propriedades existentes nos diversos cloroplastos de plantas e algas.
A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida
A Teoria endossimbiótica foi popularizada por Lynn Margulis em 1981 em seu livro Symbiosis in Cell Evolution.
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
A microbiologista americana Lynn Margulis publicou sua hipótese da endossimbiose em 1966. Segundo contou, seu artigo foi rejeitado por umas 15 revistas, antes de ser finalmente aceito. A hipótese da endossimbiose, apresentada nesse artigo, foi duramente criticada pela comunidade científica da época.
As idéias de Margulis eram tão diferentes das convencionais que, mesmo depois de publicadas, nem sequer eram mencionadas nas reuniões dos biólogos respeitáveis.
A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida
