PROJETO KALI EXTRAS AULA 01 ORIGEM DA VIDA

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1 ORIGEM DA VIDA Introdução O bloco de aulas que chamamos de Origem da Vida busca passar um pouco de alguns assuntos de biologia sobre os quais nós não pensamos muito mas que são muito importantes para compreendermos o mundo à nossa volta e também a nós próprios. Quais serão os assuntos abordados? O primeiro assunto que vamos explorar, e que é o da aula de hoje, é sobre a origem da vida propriamente dita, isto é, de onde vem os seres vivos? Como chegamos ao conhecimento que temos hoje sobre esse assunto? Quais são as teorias atuais que temos sobre a primeira forma de vida no planeta? Sabendo como apareceu a primeira forma de vida temos uma outra grande questão Como foi que ela mudou até virar as formas de vida que temos hoje (Animais, vegetais, bactérias, etc)? Estudaremos então a teoria da evolução e seus antecedentes. Então teremos aprendido sobre como os seres vivos mudam, mas o que sabemos sobre nosso próprio corpo? Falaremos então um pouco sobre anatomia, por ser uma coisa muito complexa, decidimos nos restringir ao sistema digestório (depois que comemos alguma coisa, o que acontece com ela?), respiratório (como funciona a nossa respiração, que leva oxigênio para o nosso corpo?), circulatório (Para que serve o sangue?), e nervoso (já percebeu que as vezes você respira conscientemente e as vezes respira no modo automático?). Tendo aprendido um pouco sobre o nosso corpo podemos falar um pouco sobre doenças, mais especificamente como nosso corpo reage a doenças, como funcionam as vacinas, e um pouco sobre as doenças que estão na moda agora: Dengue, Chikungunya e Vírus Zyka. Teoria da Geração Espontânea (Abiogênese) Imagine que você deixar um monte de lixo acumulando em sua casa, eventualmente vão aparecer baratas, certo? Se você deixar um monte de doces no balcão da cozinha vão aparecer formigas, se deixar carne podre vão aparecer moscas. Isso era o tipo de coisa que era muito comum antigamente, antes de existirem geladeiras e de termos jeitos melhores de conservar as coisas. 1 Origem da Vida 2016

2 De onde aparecem os bichos? Imagina o que uma pessoa normal vai pensar se não soubesse algo do assunto. Um dia eu deixo um doce em cima de uma mesa e uns dias depois aparecem formigas. Eu deixo um pedaço de carne num prato e depois de um tempo aparecem moscas. Eu deixo o lixo por muito tempo e aparecem baratas, ratos, etc. Se você observar isso da maneira que na época as pessoas percebiam o que acontecia, vai achar que os animais aparecem dessas coisas certo? Essa linha de pensamento é chamada de Teoria da Geração Espontânea, também conhecida como abiogênese (a (sem) bio (vida) gênese (surgimento)), e era a linha de pensamento desde Anaximandro, um filósofo grego, lá pelos idos do ano 340 a.c. Aristóteles, outro filósofo grego, foi um dos maiores defensores dessa teoria, ele inclusive propôs que houvesse um Princípio Ativo, meio difícil de explicar, mas como se houvesse alguma coisa em certos objetos inanimados que pudesse gerar objetos animados a partir deles, elaborando melhor a ideia, meio fraca, de que os animais surgem do nada. Pondo a teoria à prova! Apesar da Teoria da Geração Espontânea ter uma lógica até que razoável pelas observações que alguém da época faria no dia-a-dia, ela não satisfez alguns cientistas, que buscavam fazer experimentos onde punham a teoria à prova, isto é, buscavam montar experimentos que mostrassem coisas que eles achavam que a teoria não seria capaz de explicar, e que poderiam ser explicadas de outra maneira. Pode-se ver que, apesar de ter algumas falhas, como veremos a seguir, a Teoria da Geração Espontânea durou muito tempo, ela foi aprimorada por Aristóteles em 340 a.c. e, como veremos, veremos que ela só vai ser desmentida por volta de 1668, portanto ela durou mais do que 2000 anos! Experimento de Redi (1668) Em 1668 um biólogo italiano chamado Francesco Redi fez um dos primeiros passos para refutar (provar que está errada) a Teoria da Geração Espontânea de Aristóteles. Uma das observações da teoria da Abiogênese era de que a partir de pedaços de carne podre apareciam larvas e moscas, mas Redi tinha uma teoria de que as larvas que surgiam nas carnes podres não apareciam do nada, mas que eram resultado dos ovos depositados por moscas fêmeas e que eclodiam. Então propôs um experimento para verificar sua teoria e o realizou. Ele pegou 8 potes, colocou carne podre dentro deles; fechou 4 potes 2 Origem da Vida 2016

3 muito bem fechados, deixou 2 tampados com uma gaze (um tecido) e deixou os outros dois abertos, e deixou eles lá. No fim de um tempo, os potes bem fechados não formaram larva nenhuma; os potes com a gaze por cima formaram larvas em cima da gaze e os potes abertos formaram larvas na carne. Os potes com gaze foram importantes pois acreditava-se que impedindo a entrada de ar no ambiente também se impedia a entrada do princípio ativo de que falava Aristóteles, portanto foi necessário uma medida que permitisse a troca de ar, mas que não deixasse que as moscas depositassem seus ovos na carne diretamente, de maneira que não restasse chance de que o experimento fosse contestado. Figura 1 Experimento de Redi. Podemos ver que no pote a que ficou aberto apareceram as larvas e moscas como era usual. No pote b que ficou fechado não apareceu nem larva nem mosca. Já no pote c que ficou tampado com gaze apareceram as larvas na gaze. (fonte: Com isso ele conseguiu mostrar que as larvas não surgiam simplesmente da carne, elas vinham de fora, tanto que no caso em que tinha o tecido, o cheiro da carne atraía as mocas fêmeas para depositar os ovos em cima da origem desse cheiro, mas por conta do tecido os ovos não chegavam na carne e as larvas ficaram presas no tecido. Portanto chegou à conclusão de que a vida não surge do nada, ela surge necessariamente de uma vida já existente, no caso as moscas fêmeas. Esse foi o primeiro passo para a proposição de uma nova teoria chamada Biogênese. A descoberta dos micro-organismos Em 1590 dois fabricantes de óculos inventaram o primeiro microscópio, mas só em 1600 e um monte é que eles começaram a ser usados para fins científicos, e em 1683 um outro holandês, chamado Leeuwenhoek, descobriu os Micro-organismos, isto é, organismos vivos, mas que são tão pequenos que só podem ser vistos através de um microscópio. Perceberam então que sempre que a carne apodrecia apareciam um monte de micro-organismos, com tampa ou sem tampa, com isso começaram a questionar se a teoria da Abiogênese não estaria correta nesse caso. 3 Origem da Vida 2016

4 Experimentos de Needham e Spallanzani Em reação à descoberta dos micro-organismos descobriu-se também que eles morriam em altas temperaturas, isto é, se você ferver um líquido ele fica livre de micro-organismos. Então em 1745 o inglês John Needham fez outro experimento, aqueceu tubos de ensaio com uma sopa nutritiva dentro, tampou-os e então aqueceu-os denovo, com o intuito de matar os microorganismos com a temperatura. Após vários dias constatou que a sopa estava novamente repleta dos organismos, portanto foi uma experiência que reforçou a idéia da Abiogênese. Um italiano chamado Lazzaro Spallanzani desconfiou que a experiência feita por Needham podia ter sido falha, e resolveu refazer o experimento. Desta vez não apareceu nenhum micro-organismo depois de vários dias! Constatou que a temperatura até a qual Needham havia aquecido a mistura não era suficiente para matar todos os microorganismos, e, portanto o experimento tinha sido falho, o dele no entanto, um sucesso. Há também relatos de que Needham não teria fechado adequadamente os tubos, permitindo então que a mistura entrasse em contato com os microorganismos do ar após a fervura. Figura 2 Ilustração dos experimentos de Needham (acima) e Spallanzani (abaixo). (fonte: Experimento de Louis Pasteur Após os experimentos de Needham e Spallanzani ainda sobrava dúvida sobre a aplicação da teoria da Abiogênese no caso de micro-organismos, por conta disso em 1860 a Academia Francesa de Ciências ofereceu um prêmio para quem conseguisse exemplificar a origem desses micro-organismos. Então um cientista francês chamado Louis Pasteur propôs um experimento: Ao invés de usar uma carne podre ele usou um caldo nutritivo, portanto tendia a formar micro-organismos. O que Pasteur fez foi colocar alguns frascos com pescoço reto e outros com um pescoço retorcido, parecendo um pescoço de cisne; então ele ferveu os frascos e como Figura 3 Experimento de Louis Pasteur. (fonte 4 Origem da Vida 2016

5 resultado após um tempo apenas o de pescoço reto ficou mais turvo (isto é, desenvolveu microorganismos). Isso aconteceu por quê quando ferveu o frasco de pescoço curvo, ficou um pouco de água retida no trecho côncavo do pescoço, e os micro-organismos que vinham pelo ar ficavam retidos nessa água e não chegavam até o restante do caldo nutritivo (no entanto, caso inclinassem o frasco de maneira a essa água sair o caldo entraria em contato com o ar do ambiente e voltariam a ficar contaminado). Com isso ficou encerrado o assunto, a Biogênese, que dizia que uma vida só surge a partir de outra vida, se tornou a teoria aceita. De onde veio a primeira vida? Se uma vida só aparece a partir de outra vida, isto é, um ser vivo precisa de outro ser vivo para nascer, como foi que apareceu o primeiro ser vivo na terra? Essa é uma pergunta muito importante, e até hoje ela não tem uma resposta comprovada. Algumas idéias! Criação Divina Muitas religiões acreditam que uma entidade divina criou todas as formas de vida. Panspermia A primeira forma de vida teria vindo do espaço ao acaso, em algum meteorito, ou algo do gênero. (Pan Tudo Spermia Semente, semente para todos os lados) Panspermia Dirigida Alguma forma alienígena teria espalhado propositalmente sua semente para formar vida em outros planetas. Evolução Química Propõe que a vida tenha surgido a partir de reações químicas que formaram compostos químicos com as propriedades do que chamamos de vida. Esta proposta é a mais aceita atualmente entre os cientistas por conta da hipótese de Oparin, que tem sido cada vez mais condizente com as observações e experiências. Evolução Química A teoria conhecida por Evolução Química, de que as primeiras moléculas de vida foram formadas a partir de compostos inanimados, ou seja, que a material orgânica surgiu a partir de combinações de compostos inorgânicos. Essa teoria foi inicialmente proposta por Thomas Huxley e foi complementada pela Hipotese de Oparin, que explicava como as condições para esse fenômeno poderiam ter existido em uma atmosfera primitiva, parecida com o que possivelmente teria sido a atmosfera da Terra ao longo de sua formação. E essa hipótese foi demonstrada pelos experimentos de Miller e Urey. 5 Origem da Vida 2016

6 Hipótese de Oparin Em 1924, após descobrirem que a atmosfera de Júpiter (um planeta gasoso do nosso sistema solar) era composta basicamente de hidrogênio e hélio, mas também continha traços de Metano, Amônia e Água, um russo chamado Aleskei Oparin se questionou se a atmosfera da Terra já não teria sido parecida com essa, e após estudar um pouco essa ideia levantou uma hipótese: Com essa atmosfera, a terra poderia ter gerado compostos orgânicos (que formam o que hoje nós entendemos como vida) a partir destes compostos inorgânicos. Com essa atmosfera que ele propõe que tenha existido, e as tempestades de raios e radiação vindo do sol, que era bem mais intensa por não existir ainda a camada de ozônio, o ambiente teria sido propício a reações que formariam os blocos que formam a vida. Em 1953, dois pesquisadores da Universidade de Chicago, Miller e Urey, fizeram um experimento que simulava essas condições, e conseguiram formar aminoácidos, que juntos formam proteínas e, portanto, poderiam vir a formar os primeiros organismos vivos. A Hipótese de Oparin, hoje conhecida também como Teoria de Oparin não é de todo comprovada, ainda é preciso mostrar que a atmosfera da terra a muito tempo atrás chegou a ser próxima o suficiente dessa proposta por ele para que essas reações ocorram e formem a vida. No entanto ela é uma teoria muito bem aceita pelos cientistas atuais, principalmente por conversar bem com a teoria da evolução proposta por Darwin, que veremos na próxima aula. Para saber mais: Essas primeiras formas de vida formadas no ambiente proposto por Oparin se chamavam coacervados e nada mais eram do que moléculas orgânicas (proteínas e possivelmente ácidos nucléicos) envoltas por moléculas de água que as separavam do resto do oceano primitivo. Os coacervados que eram instáveis se desfaziam, mas os estáveis foram durando. Por conta disso ocorreu um processo de evolução (por isso o nome da teoria) desses coacervados até que se tornassem organismo unicelulares (uma célula só) simples, ou seja, originando a primeira forma de vida. A Hipótese Heterotrófica Uma dúvida que surge é: Essas primeiras formas de vida produziam seu próprio alimento (autótrofas) ou precisavam se alimentar de outros compostos orgânicos (heterótrofas)? As espécies autótrofas que conhecemos hoje (plantas, algas, etc) realizam um processo chamado Fotossíntese. Não vamos aprofundar nesse processo, mas basta saber que com a água que as plantas tiram de suas raízes, o gás carbônico que absorvem em suas folhas e a luz solar elas são capazes de 6 Origem da Vida 2016

7 transformar em glicose (que posteriormente será transformada em energia) e oxigênio. No entanto há evidências de que quando surgiram as primeiras formas de vida os níveis de oxigênio ainda eram baixíssimos, e se mantiveram assim por muitos anos, até um ponto que acreditamos ser quando surgiram os primeiros seres autótrofos, o que desencadeou um aumento dos níveis de oxigênio até o equilíbrio que encontramos hoje em dia. Figura 4 O oxigênio na atmosfera terrestre ao longo do tempo. (Retirado de uma questão do ENEM 2000). Mas afinal, o que é isso que nós chamamos de vida? Temos falado muito sobre vida, mas ainda não foi apresentada uma definição do que consideramos vida. Existem várias definições diferentes, e com o tempo elas vão mudando, pois se descobrem coisas que causam controvérsia, como foi o caso dos vírus, que não eram classificados como vida pela definição existente antes de sua descoberta. Dentre as várias definições do campo da biologia - afinal é possível haver definições de vida a partir do ponto de vista religioso, filosófico, da lei, etc quase sempre se encontra um requisito: Ser formado por uma ou mais células. 7 Origem da Vida 2016

8 Sobre as células... As células são o que chamamos de unidade básica da vida, isto é, a menor forma que podemos considerar algo vivo, e também aquilo que forma, na menor escala, todas as coisas vivas. Todos os seres vivos são formados por várias pequenas coisas, que podem ter formatos diferentes de acordo com a sua função, mas podemos pensar nelas agora como pequenas bolinhas. Todos mesmo, desde bactérias, animais, plantas e até mesmo nós, seres humanos. Existem vários tipos de células que desempenham diferentes funções, mas tem muitas coisas em comum. É importante sabermos um pouco sobre como são essas células: elas têm uma membrana, ou seja, uma coisa que separa o interior delas do exterior, e essa membrana é feita de uma camada dupla de proteínas e lipídios (um termo mais preciso para gorduras). Elas também têm alguns mini-órgãos, que chamamos de organelas, dentro delas e um líquido para preencher o resto do espaço. As células têm também algo que chamamos de metabolismo. Metabolismo é um processo, isto é, tem algo que entra, algo que acontece com essas coisas, e depois alguma coisa que sai. Podemos pensar nesse metabolismo um pouco como o nosso, comemos alimentos, respiramos, e tomamos água, e com isso temos energia para sobreviver e também fazer o que quisermos, jogar bola, ler um livro, etc. As células funcionam do mesmo jeito, só que ao invés de jogar bola, e as outras atividades elas se reproduzem e produzem substâncias que precisamos para sobreviver. Por exemplo, as células musculares precisam de energia para se contrair, fazendo com que nossos músculos se contraiam e nós nos movimentemos. Para saber mais: Não podemos dar mais aulas sobre células pois temos um número muito restrito de aulas dentro do assunto de biologia, portanto optamos por falar sobre a origem da vida, evolução, anatomia e saúde pública. Além disso as células são um assunto bem complexo, ou seja, tem muita coisa para se falar delas, como se pode ver pela figura ao lado, que tem a anatomia de uma célula animal! Apesar disso, e de ter vários nomes que parecem complicados, o assunto não é tão Figura 5 Anatomia de uma célula animal. difícil e até que cai bastante nos vestibulares! (fonte: Se quiser saber mais sobre o assunto procure o seu Tutor ou até o professor para saber por onde se pode estudar! Há diversos livros e apostilas com o pessoal do Kali que podem ser emprestados para estudar mais! 8 Origem da Vida 2016

9 Fixismo Nesta aula nós aprendemos um pouco sobre como aparecem os seres vivos, isto é, eles dependem de outros seres vivos para nascer Biogênese. Vimos também a teoria mais aceita de como surgiu o primeiro ser vivo Teoria de Oparin. Mas ainda temos uma questão que surge agora e é bem importante: Os seres vivos são sempre os mesmos ou eles mudam ao longo do tempo? Vamos pensar como fizemos com a Abiogênese, vamos pensar como alguém que não sabe nada sobre evolução pensaria. Sabemos que existem vários animais: criamos vacas para dar leite e para ter carne; ovelhas; temos animais domesticados, etc. Sabemos também que os filhotes de cada animal são sempre da mesma espécie, um cachorro dá à luz a um cachorro, e nunca vi eles mudarem de maneira significativa, sempre quatro patas, cabeça, focinho, dois olhos, etc. Temos também a religião (seja ela qual for) como uma fonte de explicações para várias coisas, podemos citar um argumento fortíssimo para pensarmos que as espécies não mudam: Se uma divindade criou todas as coisas, como pressupõe a maioria das religiões, não há motivos para que essa coisa não seja perfeita e tenha necessidade de mudam. Ou seja, é meio contra a intuição pensar que os animais mudem! Essa teoria de que os animais são esses e não mudam é chamada de Fixismo, e era defendida também desde a época de Aristóteles (aquele grego de 340 a.c., o mesmo que propôs a ideia do princípio ativo da Abiogênese). Apesar disso havia algumas pessoas que pensavam que os seres vivos precisavam sim se adaptar ao seu ambiente. Afinal, já era sabida a existência dos fósseis, de espécies extintas, etc., portanto é bem possível que haja algo mais do que simplesmente são assim e ponto final! Na próxima aula vamos aprender um pouco sobre essas teorias que surgiram no início do século XIX, se quiserem tentar pesquisar sobre o assunto, os dois principais nomes que vamos falar são Lamarck e Darwin, esse último vocês já devem ter ouvido falar, ele é bem famoso por ser pai da Teoria da Evolução que é aceita até hoje! Hoje em dia muitas religiões seguem o entendimento do Design Inteligente. A divindade criadora teria feito sua criação capaz de sofrer adaptações, portanto não tornando a evolução das espécies necessariamente uma afronta aos dogmas religiosos. 9 Origem da Vida 2016