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ORIGEM DA VIDA

A Vida na Terra terá surgido á cerca de 3400 M.a., como o parecem demonstrar os fósseis de procariontes encontrados na África do Sul. As células eucarióticas terão surgido há cerca de 2000 a 1400 M.a., seguidas dos organismos multicelulares há cerca de 700 M.a. Neste espaço de tempo os fósseis são abundantes, indicando um processo evolutivo rápido.                              

Para explicar a origem da vida, duas grandes teorias ganharam forças: a Teoria da Abiogênese e a Teoria da Biogênese.

Teoria da Abiogênese ou Geração Espontânea:

  Os seres vivos originam-se da matéria bruta de maneira continua. Mas esta propriedade não era de qualquer matéria bruta, era preciso que nela houvesse um principio ativo (capacidade de produzir vida). 

  Aristóteles elaborou uma dessas teorias, cuja aceitação se manteve durante séculos, com a ajuda da Igreja Católica, que a adaptou. Esta teoria considerava que a Vida era o resultado da ação de um princípio ativo sobre a matéria inanimada, a qual se tornava, então, animada. Deste modo, não haveria intervenção sobrenatural no surgimento dos organismos vivos, apenas um fenómeno natural.   

  Estas ideias perduraram até á era moderna, pois Van Helmont (1577 – 1644) ainda considerava que os “cheiros dos pântanos geravam rãs e que a roupa suja gerava ratos, adultos e completamente formados”.                                                                                                              

   Também era considerado acertado pelos naturalistas que os intestinos produzissem espontaneamente vermes e que a carne putrefacta gerasse moscas.   

   

Segundo a hipótese da geração espontânea, diversos seres vivos podiam surgir espontâneamente, a partir da matéria inanimada

Teoria da Biogênese:                                                                                          

  Os seres vivos originam-se de outros seres vivos (pré-existentes).                                                  

  No século XVII Francisco Redi, naturalista e poeta, pôs em causa as ideias de Aristóteles, negando a existência do princípio ativo e defendendo que todos os organismos vivos surgiam a partir de inseminação por ovos e nunca por geração espontânea.       

 

Para demonstrar a veracidade da sua teoria, Redi realizou uma experiência que se tornou célebre pelo fato de ser a primeira, registada, a utilizar um controle. Colocou carne em 8 frascos. Selou 4 deles e deixou os restantes 4 abertos, em contato com o ar. 

Em poucos dias verificou que os frascos abertos estavam cheios de moscas e de outros vermes, enquanto que os frascos selados se encontravam livres de contaminação. Esta experiência parecia negar, inequivocamente a abiogénese de organismos macroscópicos, pois demonstrava que moscas não surgiam de carne em decomposição, tendo sido aceite pelos naturalistas da época. 

No entanto, a descoberta do microscópio veio levantar a questão novamente. A teoria da abiogénese foi parcialmente reabilitada pois parecia a única capaz de explicar o desenvolvimento de microrganismos visíveis apenas ao microscópio.

Esta situação manteve-se até ao final do século XVIII, quando o assunto foi novamente debatido por dois famosos cientistas da época, Needham e Spallanzani. Needham utilizou várias infusões, que colocou em frascos. Esses frascos foram aquecidos e deixados ao ar durante alguns dias. Observou que as infusões rapidamente eram invadidas por uma multidões de microrganismos. Interpretou estes resultados pela geração espontânea de microrganismos, por acção do princípio activo de Aristóteles.                                                

  Spallanzani usou nas suas experiências 16 frascos. Ferveu durante uma hora diversas infusões e colocou-as em frascos. Dos 16 frascos, 4 foram selados, 4 fortemente rolhados, 4 tapados com algodão e 4 deixados abertos ao ar. Verificou que a proliferação de microrganismos era proporcional ao contato com o ar. Interpretou estes resultados com o fato de o ar conter ovos desses organismos, logo toda a Vida proviria de outra, preexistente.             

No entanto, Needham não aceitou estes resultados, alegando que a excessiva fervura teria destruído o principio ativo presente nas infusões.                                                                                    

  A polemica manteve-se até 1862, quando o francês Louis Pasteur, pôs definitivamente termo à idéia de geração espontânea com uma série de experiências conservadas para a posteridade pelos museus franceses.

  Pasteur colocou diversas infusões em balões de vidro, em contacto com o ar. Alongou os pescoços dos balões á chama, de modo a que fizessem várias curvas. Ferveu os líquidos até que o vapor saísse livremente das extremidades estreitas dos

 

 

balões. Verificou que, após o arrefecimento dos líquidos, estes permaneciam inalterados , tanto em odor como em sabor. No entanto, não se apresentavam contaminados por microrganismos. 

  Para eliminar o argumento de Needham, quebrou alguns pescoços de balões, verificando que imediatamente os líquidos ficavam infestados de organismos. Concluiu, assim, que todos os microrganismos se formavam a partir de um qualquer tipo de partícula sólida, transportada pelo ar. Nos balões intactos, a entrada lenta do ar pelos pescoços estreitos e encurvados provocava a deposição dessas partículas, impedindo a contaminação das infusões.        

  

Ficou definitivamente provado que, nas condições atuais, a Vida surge sempre de outra Vida, preexistente.

  Mas se os seres vivos não surgem, em nenhum caso, a partir da matéria inanimada, como teriam surgido na Terra pela primeira vez?

  No final do século XIX vários cientistas alemães, nomeadamente Liebig, Richter e Helmholtz, tentaram explicar o aparecimento da Vida na Terra com a hipótese de que esta tivesse sido trazida doutro ponto do Universo sob a forma de esporos resistentes, nos meteoritos – teoria Cosmozóica.

  A presença de matéria orgânica em meteoritos encontrados na Terra tem sido usada como argumento a favor desta teoria, o

  

que não invalida a possibilidade de contaminação terrestre, após a queda do meteorito.

  Actualmente já foi comprovada a existência de moléculas orgânicas no espaço, como o formaldeído, álcool etílico e alguns aminoácidos. No entanto, estas moléculas parecem formar-se espontaneamente, sem intervenção biológica.

  O físico sueco Arrhenius propôs uma teoria semelhante, segundo a qual a Vida se teria originado em esporos impelidos por energia luminosa, vindos numa “onda” do espaço exterior. Chamou a esta teoria Panspermia (sementes por todo o lado).

  Actualmente estas ideias caíram em descrédito pois é difícil aceitar que qualquer esporo resista á radiação do espaço, ao aquecimento da entrada na atmosfera, etc.

 

Apesar disso, na década de 80 deste século, Crick (um dos descobridores da estrutura do DNA) e Orgel sugeriram uma teoria de Panspermia dirigida, em que o agente inicial da Vida na Terra passaria a ser colónias de microrganismos, transportadas numa nave espacial não tripulada, lançada por uma qualquer civilização muito avançada. A Vida na Terra teria surgido a partir da multiplicação desses organismos no oceano primitivo.

  Apesar de toda a boa vontade envolvida, nenhuma destas teorias avança verdadeiramente no esclarecimento do problema pois apenas desloca a questão para outro local, não respondendo à questão fundamental de como surgiu a vida.

  No entanto, um ponto de viragem fundamental ocorreu com o as teorias de Pasteur e de Darwin, permitindo abordar o problema sob uma perspectiva diferente. 

  Dados obtidos a partir de diversos campos da ciência permitiram ao russo Oparin formular uma teoria revolucionária, que tentava explicar a origem da Vida na Terra, sem recorrer a fenómenos sobrenaturais ou extraterrestres:

  Dados astronômicos:

·         o Sol e os planetas do Sistema Solar formaram-se simultaneamente, a partir da mesma nuvem de gás e poeiras cósmicas, á cerca de 4700 M.A.;

·         a análise espectral de estrelas permitiu a conclusão de que as leis químicas são universais. As estrelas têm vários estádios de desenvolvimento, encontrando-se o Sol numa fase intermédia da sua “vida”. Estes factos permitem deduzir que os constituintes dos outros planetas e do Sol, dada a sua origem comum, devem ser os mesmos que a Terra primitiva conteve. A atmosfera primitiva da Terra deve ter contido H2 , CH4 e NH3, como Júpiter ou Saturno, cuja gravidade impediu a dissipação desses gases para o espaço.

  Dados Geofísicos:

·           a Terra apresenta diversas superfícies de descontinuidade, separando zonas bem definidas provavelmente devidas a, na formação do planeta, os elementos mais pesados (Fe, Ni) se terem acumulado no centro, os intermédios (Al, Si) na crusta e os mais leves (H, N, C) na camada gasosa externa;  

·           os vulcões lançam gases para a atmosfera;

·           as rochas sedimentares com mais de 2300 M.a. em África e na América do Norte são menos oxidadas que as mais recentes, revelando uma atmosfera pobre em oxigénio molecular. Este facto observa-se pela presença de grande quantidade pechblenda, um mineral de urânio facilmente oxidável. Por outro lado, o óxido de ferro apenas surge em depósitos com menos de 2000 M.a., altura em que se considera que a quantidade de oxigénio na atmosfera rondaria 1% da actual.

  Dados Biológicos:

·         o mundo biológico reflecte uma unidade de origem e constituição;

·         os elementos fundamentais dos seres vivos são C, H, O, N, P e S, vulgarmente abreviado para CHNOPS;

·         os compostos orgânicos básicos são os aminoácidos, bases púricas e pirimídicas, oses e ácidos gordos;

·         as provas da evolução são irrefutáveis, demonstrando que as condições e os organismos nem sempre foram o que são actualmente;

·         muitos compostos orgânicos já foram sintetizados em laboratório, como a insulina e a ureia;

·         pode-se criar em laboratório agregados de moléculas sob a forma de coacervados;

·           existem fósseis de organismos com 3000 M.A., os estromatólitos, estruturas resultantes da deposição de CaCO3 , retido e segregado por comunidades de cianobactérias, presentes em água doce e salgada;  

·         os raios U.V. podem promover reacções entre compostos e degradar moléculas orgânicas;

·         a Vida na Terra, como a conhecemos, só é possível devido à filtragem dos U.V. pela camada de ozono (O3) da atmosfera superior.

  Quando a comunidade científica aceitou, finalmente, a ideia da lenta evolução das espécies, estava o terreno propício para o surgimento da primeira explicação racional para a origem da Vida. Esta surgiu em 1924 pela mão do geneticista russo Alexander Oparin.

  Oparin considerou que as condições para a origem da Vida surgiram como uma etapa natural, incluída no constante movimento da matéria.

  Tendo por base dados fornecidos por várias ciências, como anteriormente referido, Oparin desenvolveu a sua teoria baseada no princípio: as condições existentes na Terra primitiva eram diferentes das de hoje. 

  Particularmente, a atmosfera seria redutora, ou seja, sem oxigénio mas rica em hidrogénio. Este facto teria como consequência directa a falta de ozono nas camadas superiores da atmosfera e o bombardeamento constante da superfície da Terra com raios U.V. 

  Nessa atmosfera, o H2, seu principal constituinte, tenderia a reduzir as outras moléculas. Seria, também, uma atmosfera sem azoto e sem dióxido de carbono. 

  A sua constituição segundo Oparin, resultante da reacção dos gases provenientes da actividade vulcânica, seria: hidrogénio (H2), metano (CH4), amoníaco (NH3) e vapor de água. 

  A temperatura à superfície seria superior ao ponto de fusão do gelo mas inferior ao seu ponto de ebulição (0 - 100ºC). Parte da água terá sido decomposta, a quente, em hidrogénio, que se escapou para o espaço, e oxigénio, que se incorporou nas rochas. O restante vapor de água ter-se-á condensado, originando os oceanos, enquanto as chuvas intensas, correndo sobre os continentes, lhes extraíam o cálcio. Este teria se acumulado em espessas camadas de sedimentos, que foram reincorporadas pelo manto. Este facto libertou a atmosfera de dióxido de carbono, evitando o desenvolvimento do efeito de estufa que existe em Vénus.

Esta mistura de gases, sujeita á ação de U.V., do calor da crosta em fase de aquecimento, da radioatividade natural dos compostos recém formados e da atividade vulcânica, teria dado origem a compostos  orgânicos simples em solução - sopa primitiva. 

  Esta explicação permitia ultrapassar a dificuldade da formação das primeiras biomoléculas (aminoácidos, oses, bases azotadas e ácidos gordos) pois estas teriam tido uma origem em moléculas inorgânicas.  

  A existência de certas rochas contendo minerais assimétricos, como as argilas, teriam facilitado a estruturação desses monómeros em polímeros, funcionando como catalisadores inorgânicos.  

Segundo Oparin, os conjuntos moleculares teriam se agregado numa estrutura rodeada por uma espécie de “membrana” de cadeias simples hidrocarbonadas, que a isolava do meio – coacervado.

  Os coacervados derivam de um processo natural nas soluções de polímeros fortemente hidratados. Há uma separação espontânea de uma solução aquosa, inicialmente homogénea, em duas fases, uma rica em polímeros e outra quase exclusivamente água. Esta situação deve-se à atracção entre moléculas polares e repulsão entre moléculas polares e apolares.

  O coacervado é uma gotícula coloidal (formada por partículas muito pequenas mas maiores que as moléculas com polaridade) rica em polímeros em suspensão num meio aquoso. A membrana do coacervado é formada por moléculas de água dispostas em redor dos polímeros. O coacervado pode interagir com o meio, incorporando moléculas na sua estrutura, crescer e dividir-se. À medida que novas moléculas se iam agregando, se a nova combinação molecular não fosse estável, o coacervado destruía-se. Se fosse estável o coacervado aumentava de tamanho, até que se dividia em dois. 

  No interior do coacervado, algumas moléculas catalisavam novas combinações, enquanto outras, autoreplicáveis, começavam a controlar as reacções metabólicas. Os coacervados não eram seres vivos, mas sim uma primitiva organização das substancias orgânicas em sistema isolado do meio. Apesar de isolados, eles podiam trocar substancias com o meio externo. Com as constantes reações químicas, eles tornaram-se complexos, chegando inclusive a apresentar capacidade de duplicação. 

 

Em 1953 Miller e Urey vem provar a hipótese de Oparin (CO2, N2 descoberta recente, não considerado no esperimento), com   um experimento onde era  simulado as condições remotas da terra. O aquecimento do liquido presente no aparelho simulava o calor reinante na crosta terrestre, com a formação de vapor d´agua. A mistura de gases introduzida no sistema simulava a atmosfera primitiva da Terra.

As descargas elétricas aplicadas na mistura de gases simulavam os raios das tempestades. A circulação de água fria simulava o resfriamento dos gases nas grandes altitudes atmosféricas. A água acumulada na base do aparelho simulava os mares e lagos primitivos. Estudos recentes apontam para a importância dos ácidos nucleicos no processo inicial do desenvolvimento da Vida.

O RNA terá sido a primeira molécula a surgir, já que este ácido nucleico forma curtas cadeias espontaneamente em ambientes semelhantes aos propostos nesta teoria. Além disso, o RNA liga-se temporariamente a locais específicos de outras moléculas, catalisando reações na célula viva na ausência de enzimas, funcionando simultaneamente como DNA e proteína durante a evolução celular.

  Obteriam - se assim, os pilares moleculares da Vida, os ácidos nucleicos e as proteínas: sem ácidos nucleicos não há proteínas, ou seja, não há estrutura e controlo das reações (enzimas) e sem proteínas (estruturais como as histonas e enzimáticas) não há replicação de DNA.

  Mas como os cacervatos se alimentavam?

Hipóteses: Heterotrófica e Autotrófica:

  Acreditava – se que os primeiros seres eram heterotróficos, pois as formas de autotrofismo que poderiam ser utilizadas seriam complexas para eles.

 

Hipótese Heterotrófica

  Ela diz que os primeiros seres seriam heterotróficos pois eles eram muito simples ainda para realizar processos autotróficos, que são bastante complexos para estes seres, assim, com o tempo a disponibilidade de alimento foi reduzindo e os seres evoluindo tendo a necessidade de obter energia de outra forma, fazendo assim o autotrofismo, através da fotossíntese, a partir daí começa a se gerar O2 que ate então não existia no ambiente, fazendo assim surgir seres mais complexos que se beneficiaram com isso fazendo a respiração aeróbica que gera muito mais energia.

Fermentação: nela, moléculas orgânicas são quebradas em moléculas mais simples, obtendo assim energia: 

C6H12O6 ------>  2C2H5OH + 2CO2 + 2ATPs.

Fotossíntese: 6H2O + 2CO2   ------>      C6H12O6 + 6O2

Esta pré-célula, provavelmente semelhante a uma bactéria, seria heterotrófica, alimentando-se do “caldo orgânico” abiótico do meio. 

  Nos milhões de anos seguintes, a selecção natural terá conduzido esta evolução química, favorecendo conjuntos moleculares bem adaptados e eliminando outros, devido à rarefação dos nutrientes nos oceanos.  

  Assim, para sobreviverem, estas células poderão ter evoluído para uma situação de autotrofia, necessitando de grande quantidade de electrões, como por exemplo o hidrogénio, dióxido de carbono ou moléculas sulfurosas. Não parece coincidência que a grande maioria de bactérias autotróficas atuais pertencerem ao grupo das bactérias sulfurosas.