BIOLOGIA ORIGEM DA VIDA 1. INTRODUÇÃO

Transcrição

1 BIOLOGIA ORIGEM DA VIDA 1. INTRODUÇÃO A espécie Homo sapiens, em sua eterna preocupação em entender e dominar o mundo que a cerca, passou, um dia, a preocupar-se com a origem da vida. Até fins do século XIX, a hipótese mais aceita pelo povo e pela maioria dos cientistas era de que os seres vivos poderiam se originar de material não vivo. Esta é a Teoria da Abiogênese ou Teoria da Geração Espontânea, segundo a qual, sob determinadas circunstâncias, a matéria bruta poderia dar origem a animais e vegetais. A queda total desta teoria ocorreu pela eficiência de um cientista francês, chamado Louis Pasteur, que provou definitivamente que a vida origina-se somente de vida preexistente. 2. ABIOGÊNESE & BIOGÊNESE O experimento de Francesco Redi Por volta de 1660, Francesco Redi ( ) começou a combater a teoria da geração espontânea. Para isso, colocou pedaços de carne crua dentro de frascos, deixando alguns abertos e outros fechados com gaze. De acordo com a teoria da abiogênese, após alguns dias deveriam surgir moscas e outros insetos, nascidos da carne. Isso, entretanto, não aconteceu nos frascos fechados com gaze. Redi constatou a presença de numerosos ovos e larvas de insetos sobre a gaze que fechava o recipiente e a ausência deles sobre a carne aí contida. Moscas Gaze pedaço de carne Experimento de Redi larvas Esse experimento demonstrou que os insetos eram atraídos pela carne e que o aparecimento de larvas era proveniente dos numerosos ovos colocados pelas moscas. Os experimentos de Redi fortaleceram a teoria da biogênese, mas, apesar disso, muitos ainda continuavam aceitando a teoria da geração espontânea. Needham x Spallanzani Com a invenção do microscópio, o mundo dos microrganismos foi revelado, empolgando adeptos da teoria da geração espontânea e da biogênese, que buscavam a explicação para a origem desses seres vivos. Por volta de 1745, o cientista inglês John T. Needham ( ) realizou vários experimentos em que submetia à fervura, frascos contendo substâncias nutritivas. Após a fervura, fechava os frascos com rolhas e deixava-os em repouso por alguns dias. Depois desse período, examinando essas soluções ao microscópio, Needham observa a presença de microrganismos. A explicação que ele deu para os seus resultados foi que os microrganismos teriam surgido por geração espontânea. Isso porque, ao ferver as substâncias nutritivas, todas as formas vivas que ali já se encontravam teriam morrido. O fato de se manterem os frascos fechados teria impedido a entrada de organismos presentes no meio. Assim, os que ali surgiram só poderiam ter aparecido por geração espontânea. Ele dizia que a solução nutritiva continha uma força vital, responsável pelo surgimento das formas vivas. Mais tarde, em 1770, o pesquisador italiano Lazzaro Spallanzani ( ) repetiu os experimentos de Needham, com algumas modificações, e obteve resultados diferentes. Spallanzani colocou substâncias nutritivas em balões de vidro, fechando-os hermeticamente. Esses balões assim preparados, eram colocados em caldeirões com água e submetidos à fervura por cerca de uma hora. Após alguns dias, ele abria os fracos e observava o líquido ao microscópio. Nenhum organismo estava presente. Spallanzani explicava que Needham não havia fervido a sua solução nutritiva tempo suficientemente longo para matar todos os microrganismos da solução, esterilizando-a. Needham respondeu a essas críticas dizendo que Spallanzani, ao ferver por muito tempo as substâncias nutritivas em recipientes hermeticamente fechados, havia destruído a força vital e tornado o ar desfavorável ao aparecimento da vida. Spallanzani realizou novos experimentos, mostrando que havia o aparecimento de vida quando os recipientes, fechados e submetidos à fervura, eram abertos, entrando em contato com o ar, provando que a força vital não havia sido destruída. Apesar disso, Spallanzani não conseguiu provar que o aquecimento de material orgânico em recipientes fechados não al- Editora Exato 14

2 terava a qualidade do ar. Nessa polêmica, Needham saiu favorecido, reforçando ainda mais a teoria da geração espontânea. Experimentos de Pasteur: biogênese Por volta de 1860, o cientista francês Louis Pasteur ( ) conseguiu provar definitivamente que os seres vivos originam-se de outros seres vivos. Ele realizou experimentos com balões do tipo pescoço de cisne, como resumido na figura a seguir. BIOLOGIA Coloca-se um líquido nutritivo dentro de um balão com pescoço longo. Entrada de ar. Estica-se o pescoço do balão após o aquecimento, formando um tubo fino e curvo. Em seguida, submete-se o líquido contido dentro do balão à fervura. Verifica-se que, mesmo Vapor depois de muito tempo, o líquido permanece estéril. Quebra-se o pescoço do balão e após algum tempo verifica-se que A fervura mata todos os microrganismos e o líquido torna-se estéril. Após a fervura, deixa-se o balão resfriar, com o resfriamento, há entrada de ar dentro do balão. Líquido estéril líquido contaminado Experimento de Pasteur há desenvolvimento de microrganismos. Este experimento mostra que um líquido, ao ser fervido, não perde a força vital, como defendiam os adeptos da abiogênese, pois, quando o pescoço do balão é quebrado, após a fervura do líquido, há o aparecimento de seres vivos. O experimento rebate ainda outro argumento dos adeptos da abiogênese: a formação de ar viciado impróprio para a vida. O líquido fervido fica, neste caso, em contato com o ar atmosférico através do pescoço do balão e não ocorre o aparecimento de seres vivos, pois as gotículas de água que se acumulam nesse pescoço retêm os micróbios contidos no ar que penetra no balão. A partir dos experimentos de Pasteur, a teoria da biogênese passou a ter preferência nos meios científicos. 3. HIPÓTESE DA EVOLUÇÃO GRADUAL DOS SISTEMAS QUÍMICOS Com a aceitação da teoria da biogênese, surgiu um novo problema: como explicar o aparecimento do primeiro ser vivo? A hipótese mais aceita atualmente é a de que os primeiros seres vivos surgiram pela e- volução gradual da matéria bruta presente na atmosfera primitiva da terra, que era bem diferente da que temos agora. Note que a hipótese heterotrófica não reforça a teoria da abiogênese, já que esta teoria admite o surgimento abrupto de vida a partir da matéria bruta. Na atmosfera primitiva, formaram-se quatro tipos de moléculas: metano (CH 4 ), hidrogênio (H 2 ), amônia (NH 3 ) e água (H 2 O). A partir destas moléculas, devem ter-se formado compostos mais complexos que deram origem aos primeiros seres vivos. Editora Exato 15

3 A atmosfera primitiva Todos os tipos de moléculas orgânicas (macromoléculas) essenciais à vida devem ter-se formado a partir de pequenas moléculas orgânicas, as quais originaram-se a partir de metano, amônia, hidrogênio e água existentes na atmosfera primitiva. Para que estas ligações químicas ocorressem, houve a ação de violentas tempestades, evaporação rápida, muitas descargas elétricas, bombardeamento por raios ultra-violetas e chuvas, que eram devidas à condensação da água nas camadas frias e altas da atmosfera. A evaporação rápida ocorria pela alta temperatura da superfície terrestre. As radiações ultra-violetas e as descargas elétricas rompiam moléculas da atmosfera primitiva (água, hidrogênio, amônia, metano) e produziam radicais livres que se recombinavam rapidamente, formando moléculas maiores e mais complexas. Essa hipótese foi proposta independentemente por Oparin (russo), em 1936, e Haldane (inglês), em Para testar esta hipótese, Stanley Miller, em 1953, criou um aparelho onde submeteu o metano, a água, a amônia e o hidrogênio às prováveis condições da atmosfera primitiva. Veja como Miller procedeu: ele introduziu no aparelho a vapor d água (H 2 O), metano (CH 4 ), hidrogênio (H 2 ) e amônia (NH 3 ). Submeteu estas substâncias a descargas elétricas intermitentes, como na provável Terra primitiva. Os vapores d água, resultantes da ebulição da mesma, ao circularem pelo aparelho, sofriam resfriamento (condensação), precipitando-se sob a forma de chuva. Os gases, ao circularem nestas condições, combinavam-se uns com os outros, determinando o aparecimento de um líquido avermelhado na parte inferior do aparelho. para o vácuo gases CH 4 NH 3 H O 2 H 2 condensador alçapão água em ebulição Esquema do aparelho contruído por Stanley Miller eletrodos descarga na forma de faíscas elétricas Essas experiências sugerem como a vida poderia ter se originado, mas, de qualquer forma, há um longo caminho desde os aminoácidos até as plantas e animais que conhecemos. 4. ORIGEM DOS PRIMEIROS SERES VIVOS As substâncias que se formavam na atmosfera e na crosta terrestre eram levadas pelas águas das chuvas para os lagos e mares em formação. O acúmulo destas substâncias, durante milhões de anos, transformou os mares primitivos numa verdadeira sopa nutritiva. Isto quer dizer que nos mares havia uma grande quantidade de nutrientes à espera dos primeiros seres vivos que aparecessem. Segundo Oparin, duas características principais separam as macromoléculas de um ser vivo primitivo: 1. A vida não está dispersa no meio ambiente; todo ser vivo é um indivíduo autônomo, separado do mundo exterior, pelo menos por uma membrana. 2. As reações químicas que se realizavam no interior da sopa primitiva eram desordenadas, a- nárquicas, enquanto que a vida é um conjunto coordenado e sincronizado de reações que se sucedem em seqüências rigorosamente ordenadas no tempo e no espaço. Portanto, os seres vivos surgiram de sistemas químicos que primeiramente se isolaram do meio ambiente através de membranas e, posteriormente, conseguiram controlar suas reações químicas. De que maneira os primitivos sistemas químicos se isolavam do meio ambiente? Oparin e Fox apelaram para uma propriedade das proteínas; quando dissolvidos em água, os grupos amina e carboxila se ionizam e atraem moléculas polarizadas como a água. As moléculas de água isolam o agregado do meio. Este fenômeno chama-se coacervação. Cada agregado é um coacervado. Mas o que é mesmo um coacervado? É um aglomerado de proteínas, ou proteinóides, que se mantêm juntos, em pequenos grupos, circundados por uma camada líquida, em geral, de água. Parece que a primeira forma de vida vem de um coacervado complexo que, através de milhões de anos, evoluiu. Em suas experiências, Miller consegue sintetizar aminoácidos iguais aos que entram na constituição de proteínas. A seguir, as pesquisas passaram a ser dirigidas no sentido de sintetizar de moléculas orgânicas mais complexas. Algumas delas foram bem sucedidas. Editora Exato 16

4 Particula de proteina Coacervado Representação do fenômeno da coacervação Particula de água As microsferas, quando observadas no microscópio eletrônico, parecem bactérias. Deve ficar bem claro que não é obrigatório que os coacervados e/ou microsferas sejam ancestrais dos seres vivos, os coacervados e microsferas mostramnos simplesmente que sistemas isolados podem se formar sob determinadas condições físico-químicas. Assim, a formação de sistemas isolados nos mares primitivos deve ter sido fenômeno comum. A esses sistemas isolados por membranas, chamaremos microgotas. Essas microgotas, precursoras dos seres vivos, apresentavam uma membrana capaz de impedir a entrada de certas moléculas. No interior dessas microgotas, pequenas moléculas reagiram entre si e formaram macromoléculas que não podiam sair da microgota, que ia se tornando cada vez mais diferente do meio ambiente, como isso ocorria ao acaso, houve uma grande variabilidade na composição química das gotas. Houve uma seleção: as microgotas mais estáveis duravam mais tempo, as mais frágeis desapareciam rapidamente. A seleção de sistemas cada vez mais perfeitos levou a um aumento do grau de complexidade e de organização, produzindo, finalmente, os primeiros seres vivos. 5. ORIGEM DA VIDA E OBTENÇÃO DE E- NERGIA A hipótese heterotrófica Uma grande dúvida que perseguiu alguns cientistas durante certo tempo foi quanto à natureza autótrofa ou heterótrofa dos primeiros organismos unicelulares que habitaram os mares primitivos da Terra. Os autótrofos produzem matéria orgânica e têm vida independente. Os heterótrofos dependem de outros seres dos quais se alimentam. Oparin concluiu que a vida começou com os seres heterótrofos. O que justificaria essa afirmativa? Para justificá-la, basta imaginar que as primeiras células surgidas nas águas mornas dos oceanos pré-cambrianos certamente teriam uma estrutura muito simples e uma composição química elementar. É claro que o equipamento enzimático das células autótrofas, capaz de efetuar todas as complexas etapas da fotossíntese, não poderia existir naquelas primeiras células, tão simples, que começavam a aparecer. Seria muito mais fácil (e mais lógico também) que tais células se nutrissem da imensa sopa protéica, acumulada nos mares durante todos os milhões de anos que antecederam o aparecimento da primeira célula, do que admitir a possibilidade do surgimento da primeira célula viva já dotada do numeroso elenco de enzimas encontrado nas células autótrofas dos nossos dias. Como a substância oxigênio não estava presente na atmosfera primitiva, admite-se que o primeiro ser vivo era heterótrofo e fermentador. 6. O SURGIMENTO DOS AUTÓTROFOS E AERÓBICOS Pelo que foram expostos, os primeiros seres vivos teriam sido heterótrofos fermentadores extremamente simples. Quando esses organismos apareceram na Terra, a camada de ozônio já deveria estar formada, filtrando o excesso de raios ultravioleta; caso contrário, esses raios poderiam desestabilizar a organização dos primeiros heterótrofos, destruindo-os. Além disso, a concentração dos gases primitivos na atmosfera deveria estar relativamente baixa, uma vez que foram grandemente utilizados como matériaprima para a formação das substâncias orgânicas que se acumularam nos mares durante séculos. Assim, com a escassez de energia e matéria-prima, a produção de compostos orgânicos pela Terra primitiva foi diminuindo progressivamente. Paralelamente, os heterótrofos multiplicavam-se nos mares, aumentando cada vez mais o consumo do material orgânico disponível naquelas sopas químicas. Essas sopas, por isso mesmo, iriam se esgotando até não poderem mais abrigar formas vivas. Mas a hipótese heterotrófica supõe que os mares puderam sustentar os heterótrofos ao longo de milhões de anos, tempo suficiente para que alguns deles tivessem desenvolvido moléculas capazes de absorver energia luminosa e um equipamento enzimático capaz de promover reações de síntese, que culminariam com a transformação de substâncias simples em moléculas orgânicas complexas (alimentos). Assim, teriam surgido os primeiros autótrofos, que passaram a produzir o alimento necessário à manutenção da vida no planeta. Segundo a hipótese heterotrófica, os principais fenômenos bioquímicos conhecidos surgiram na Terra, na seguinte seqüência: Fermentação Fotossíntese Respiração aeróbica Admite-se que o CO 2 necessário à síntese de alimentos promovida pelos primeiros autótrofos, teria Editora Exato 17

5 se originado da fermentação dos heterótrofos. Com o surgimento dos autótrofos, a Terra passou a conhecer, de forma abundante, um novo gás: o oxigênio (O 2 ). Ao longo de milhões de anos, esse gás acumulou-se na atmosfera, propiciando o futuro aparecimento dos seres aeróbicos, formas mais aprimoradas de vida, capazes de extrair energia dos alimentos com um rendimento muito superior ao processo fermentativo. Existe uma tendência atual em se considerar a hipótese de que os primeiros seres vivos teriam sido quimiossintetizantes, ou seja, organismos autótrofos. ESTUDO DIRIGIDO 1 Defina a Teoria da Abiogênese. 2 Sintetize o Experimento de Pasteur. 3 O que é um coacervado? EXERCÍCIOS 1 Em uma experiência, Francisco Redi colocou em oito frascos de vidro um pedaço de carne. Quatro vidros tiveram sua abertura recoberta por um pedaço de gaze. Após alguns dias, apareceram larvas de moscas nos vidros que não continham a gaze recobrindo a abertura do frasco. Nos frascos protegidos com gaze, elas não apareceram. Essa experiência ilustra o princípio da: a) Teoria Celular. b) biogênese. c) sucessão ecológica. d) origem da célula. e) higiene. 2 Pela teoria de Oparin, os primeiros seres surgidos na Terra, teriam sido: a) heterótrofos e aeróbios. b) autótrofos e anaeróbios. c) heterótrofos e anaeróbios. d) autótrofos e aeróbios. e) autótrofos e heterótrofos. 3 Entre as modificações que ocorreram nas condições ambientais de nosso planeta, algumas foram causadas pela própria atividade dos seres. Os organismos iniciais, ao realizarem a fermentação, determinaram uma grande alteração na atmosfera da Terra primitiva, porque nela introduziram o: a) gás oxigênio. b) gás carbônico. c) gás metano. d) gás nitrogênio. e) vapor d'água. 4 (UnB) Julgue os itens: 1 É mais provável que os primeiros seres vivos tenham sido autótrofos, pois apresentam a vantagem de produzirem seu próprio alimento. 2 Devido à existência de oxigênio na atmosfera primitiva, é perfeitamente aceitável a teoria de que os primeiros seres vivos tenham sido aeróbios. 3 Os coacervados são primitivos seres que obtinham energia a partir da amônia, hidrogênio, metano e vapor de água encontrados. 4 Os organismos que passaram a desenvolver respiração aeróbica surgiram presumivelmente a partir das primeiras reações de fotossíntese na atmosfera primitiva. 5 Simulando as condições da atmosfera primitiva, é possível, em laboratório, produzir células primitivas que desempenhem a fermentação. 6 A ordem de eventos mais aceitável sobre os mecanismos de obtenção de energia pelos primeiros seres vivos é: fermentação fotossíntese respiração aeróbica. 5 (UnB) Julgue os itens abaixo, de acordo com as teorias mais aceitas sobre a origem da vida: 1 Os primeiros seres vivos eram autótrofos e aeróbios. 2 Os mecanismos de seleção natural começaram quando apareceram os seres pluricelulares. 3 Os primeiros compostos teriam se formado a partir dos gases da atmosfera primitiva. 4 A fonte de energia utilizada na construção das primeiras moléculas orgânicas foi o Sol. 5 A coacervação pode ter sido importante para o aparecimento das primeiras células. 6 Até hoje não se sabe ao certo como surgiu o primeiro ser vivo na Terra. Várias teorias foram criadas, discutidas e caíram por terra. A mais aceita nos dias de hoje é a Teoria da Biogênese, que diz: a) os primeiros seres vivos que surgiram na Terra seria autorótrofos, capazes de fabricar seu próprio alimento. b) a vida surgiu na Terra através de microorganismos (cosmozoários) vindos do espaço transportados provavelmente através de meteoros. Editora Exato 18

6 c) os primeiros seres vivos eram incapazes de produzir seu alimento, heterótrofos extremamente simples, que surgiram através da evolução lenta da matéria bruta. d) todo ser vivo se origina de outro ser préexistente, através da reprodução. Estudo Dirigido GABARITO 1 Esta é a Teoria da Abiogênese, ou Teoria da Geração Espontânea, segundo a qual, sob determinadas circunstâncias, a matéria bruta poderia dar origem a animais e vegetais. 2 Mostra que um líquido, ao ser fervido, não perde a força vital, como defendiam os adeptos da a- biogênese, pois, quando o pescoço do balão é quebrado, após a fervura do líquido, há o aparecimento de seres vivos. O experimento rebate a- inda outro argumento dos adeptos da abiogênese: a formação de ar viciado impróprio para a vida. O líquido fervido fica, neste caso, em contato com o ar atmosférico através do pescoço do balão e não ocorre o aparecimento de seres vivos, pois as gotículas de água que se acumulam nesse pescoço retêm os micróbios contidos no ar que penetra no balão. 3 É um aglomerado de proteínas ou proteinóides, que se mantêm juntos, em pequenos grupos, circundados por uma camada líquida, em geral, de água. Parece que a primeira forma de vida vem de um coacervado complexo que, através de milhões de anos, evoluiu. Exercícios 1 B 2 C 3 B 4 E, E, E, C, E, C 5 E, E, C, E, C 6 A Editora Exato 19