Quando surgiu a vida na Terra? Quando surgiu a vida na Terra? Divisões Temporais: 19/08/2009

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1 Prof. Dr. Jodir Pereira da Silva O planeta tem aproximadamente 4,6 bilhões de anos; Os registros fósseis animais datam de cerca de 0,5 bilhão de anos; Registros mais abundantes de fósseis a partir do período Cambriano (há cerca de 542 milhões de anos); Ou seja, cerca de 4 bilhões de anos de eventos propiciaram a evolução da vida. Divisões Temporais: Éon Era Período Época Précambriano Fanerozóico Hadeano Arqueano Proterozóico Paleozóico Mesozóico Cenozóico 1

2 Como substâncias inanimadas podem ter originado seres vivos? O que foi necessário para a evolução da vida? O que os seres vivos têm em comum na sua composição química? R.: Elementos químicos C,H,O,N,P e S; Quais são as moléculas exclusivas e/ou mais freqüentes em seres vivos? Água; Carboidratos; Gorduras; Fosfatos de Adenosina (AMP, ADP e ATP); Proteínas; Ácidos Nucleicos (DNA e RNA). ELEMENTOS QUÍMICOS MAIS ABUNDANTES DO SISTEMA SOLAR Principais Constituintes Químicos das Substâncias Vivas COMPOSTOS FUNÇÕES COMPOSIÇÃO Água Solvente Universal H, O Carboidratos Fonte de energia H, O, C Gorduras (Graxas) Reserva de energia H, O, C Fosfatos de Adenosina (AMP, ADP e ATP) Proteínas Ácidos Nucleicos (DNA e RNA) Transferência de energia Estrutural; Entram na composição do citoplasma das células Dirige a síntese de proteínas H, O, C, N, P H, O, C, N, S (Combinam-se formando 20 aminoácidos fundamentais) H, O, C, N, P (Combinam-se formando 5 nucleotídeos fundamentais) ORDE ELEMENTO SÍMBOLO ABUNDÂNCIA RELATIVA M (Silício - 100) 1 Hidrogênio H Hélio He Oxigênio O Carbono C Nitrogênio N Silício Si Magnésio Mg 91 8 Neon Ne 80 9 Enxofre S Argon A Alumínio Al 9 12 Ferro Fe 8 13 Cálcio Ca 5 14 Sódio Na 4 15 Níquel Ni 3 16 Fósforo P 1 17 Crômio Cr 0,8 18 Manganês Mn 0,7 19 Potássio K 0,3 20 Cloro Cl 0,25 PRESSUPOSTOS!!! Os astros do Sistema Solar se formaram em aproximação espacial e temporal: Composição química semelhante; A comparação da composição dos astros do sistema pode revelar dados sobre a composição da atmosfera primitiva: Como saber sobre a composição química dos astros do sistema? R.: Análise Espectroscópica da luz do Sol e demais astros do Sistema; R.: Análise Química dos meteoritos provenientes do Sistema; R.: Análise Espectroscópica da atmosfera de planetas cuja atração gravitacional permite retenção de elementos gasosos muito leves. PRESSUPOSTOS!!! A comparação da composição dos astros do sistema pode revelar dados sobre a composição da atmosfera primitiva: Qual é a composição química da atmosfera dos astros do sistema? Urano e Netuno H 2, He e CH 4 ; Jupiter e Saturno H 2, He, CH 4 e NH 3. Considerando-se a composição da atmosfera atual e a composição das demais atmosferas do sistema, qual deve ter sido a composição da Atmosfera Terrestre Primitiva? R.: H 2, He, CH 4, NH 3, CO 2, CO e H 2 O. 2

3 CONSTATAÇÕES!!! Composição da Atmosfera Terrestre Primitiva: H 2, He, CH 4, NH 3, CO 2, CO e H 2 O; Tal composição é incompatível com a evolução da vida; Ocorreram mudanças ao longo do tempo HALDANE Biólogo Inglês Sopa orgânica primordial 1930 OPARIN Bioquímico Russo 1954 MILLER Universidade de Chicago: Simulação da composição e condições fisicoquímicas da atmosfera primitiva; Produção de aminoácidos; Repetição por outros pesquisadores: diversas macromoléculas MILLER Universidade de Chicago: Simulação da composição e condições fisicoquímicas da atmosfera primitiva; Produção de aminoácidos; Repetição por outros pesquisadores: diversas macromoléculas. Como eram os primeiros organismos? Teoria Autotrófica X Teoria Heterotrófica Autotrofia Complexidade Bioquímica do Processo Complexidade Estrutural Heterotrofia Possibilidades: Respiração Aeróbica Carência de O 2 Fermentação Processo Anaeróbico Libera CO 2 Quais são as condições ambientais dos diversos planetas do Sistema Solar? Planeta Distância Média do Sol (10 6 km) Diâmetro (km) Provável T Média Superficial Mercúrio Sem gases Vênus N 2, CO 2 Terra N 2, O 2 Prováveis gases de atmosfera Marte N 2, CO 2 (muito rarefeitos) Júpiter H 2, He, CH 4, NH 3 Saturno H 2, He, CH 4, NH 3 Urano H 2, He, CH 4, N 2 Netuno H 2, He, CH 4, N 2 Plutão 5950? -250? Condições ambientais dos planetas do Sistema Solar: Planeta Dist. Média do Sol (10 6 km) Prov. T Méd. Sup. Prováveis gases de atmosfera Condições de Vida Mercúrio Sem gases Muito próximo do Sol, sem atmosfera; Incompatível com a vida Vênus N 2, CO 2 Superfície excessivamente quente e seca; Incompatível com a vida Terra N 2, O 2 Abundantes formas de vida, atmosfera e temperatura favoráveis à evolução da vida Marte N 2, CO 2 (muito rarefeitos) Júpiter H 2, He, CH 4, NH 3 Saturno H 2, He, CH 4, NH 3 Urano H 2, He, CH 4, N 2 Netuno H 2, He, CH 4, N 2 T em ordem de grandeza semelhante à Terra; Pouca água disponível; atmosfera delgada; Evidências de estações ao longo dos anos; Presença de vida discutível. Plutão ? Muito distante (?); Água congelada permanentemente (?) É possível que as condições ambientais da Terra possam se repetir em outros planetas? Trilhões de astros de outras galáxias contendo inúmeros satélites; Milhões de planetas com condições semelhantes às da Terra; Similaridade de composição entre os componentes de uma galáxia; Existem bilhões de outras galáxias; Estatisticamente, é grande a probabilidade de se repetirem as condições que tivemos em nosso planeta, embora sejam mínimas as possibilidades de os eventos se repetirem do mesmo modo. Comprovação pouco provável (estrela mais próxima a 4,4A.L.) 3

4 Fósseis: Evidências da presença de formas viventes; Partes duras de seres viventes (conchas, carapaças, esqueletos) são abundantes a partir de 542maa; Fósseis menos freqüentes de animais em rochas sedimentares mais antigas; Plantas primitivas estão registradas em fósseis de cerca de 2baa; Os animais não devem ter surgido abruptamente e nem sob formas tão complexas como trilobitos e braquiópodos... : Estromatólitos Estrutura de CaCO 3 ramificada ou laminada; Datados de cerca de 2 baa; Bancos de dezenas de metros de altura, mais comum com cerca de 1m; Às vezes aprisionam restos de cianobactérias em seu interior; Semelhantes às formadas por cianobactérias de mares tropicais atuais; Nenhuma estrutura semelhante a esta é produzida por processos inorgânicos. : Estromatólitos : Estromatólitos No Brasil: Itapeva, SP; Corumbá, MS; Paraná, entre Curitiba e Rio Branco. : Flora do Sílex Gunflint 1954 TYLER (Geólogo) & BARGHOORN (Paleobotânico) dissolveram Sílex de Rochas Silicosas da Região das praias do Lago Superior, ao norte de Minnesota (EUA): : Flora do Sílex Gunflint 1954 TYLER (Geólogo) & BARGHOORN (Paleobotânico) dissolveram Sílex de Rochas Silicosas da Região das praias do Lago Superior, ao norte de Minnesota (EUA) e encontraram: 1. Filamentos delgados com subdivisões transversais ( cianobactérias atuais); 2. Corpos esféricos ( esporos, bactérias ou algas 4. Corpos em forma de guarda-chuvas. 4

5 : Flora do Sílex Gunflint 1. Filamentos delgados com subdivisões transversais ( cianobactérias atuais); 2. Corpos esféricos ( esporos, bactérias ou algas 4. Corpos em forma de guarda-chuvas. : Flora do Sílex Gunflint 1. Filamentos delgados com subdivisões transversais ( cianobactérias atuais); 2. Corpos esféricos ( esporos, bactérias ou algas 4. Corpos em forma de guarda-chuvas. : Flora do Sílex Gunflint 1. Filamentos delgados com subdivisões transversais ( cianobactérias atuais); 2. Corpos esféricos ( esporos, bactérias ou algas 4. Corpos em forma de guarda-chuvas. : Organismos da Era Proterozóica África do Sul; Cerca de 3baa; Restos de bactérias e cianobactérias. Cianobactérias Fotossíntese Composição da atmosfera CO 2 Deduzindo... Alterações expressivas da atmosfera próximo de 2 baa... Condições aeróbicas... Vida Animal... Alteração da Composição da Atmosfera ao longo do tempo Fermentação (Hipótese heterotrófica): C 6 H 12 O 6 2CO 2 + 2C 2 H 5 OH + Radiação Solar atuando nas moléculas da atmosfera: Composição original: H 2, He, CH 4, NH 3, CO 2, CO e H 2 O; Alterações: H 2 O H 2 + ½ O 2 ; 2NH 3 3H 2 + 2N 2 (78% da atmosfera atual); Escape de H 2 e He da atmosfera, elementos muito leves, saíram do campo gravitacional da Terra; O 2 - Combinação preferencial de C com O, ao invés do H, portanto, CH 4 e CO 2 Produção Biológica de Oxigênio e Consumo de Gás Carbônico O 2 (21% da atmosfera atual) e CO 2 (0,03% da atmosfera atual) 5

6 1947 Montanhas de Ediacara Sul da Austrália: Animais de corpo mole, que diexaram impressões em rochas sedimentares (Registros de 635 a 542maa): Animais Globóides, com sulcos radiais, lembrando medusas atuais; Frondes com hastes ramificadas e estriadas, lembrando pólipos coloniais de Cnidários (também na Inglaterra e África do Sul); Animais alongados, vermiformes com cabeça em forma de ferradura, segmentado (40 segmentos), lembrando Anelídeos; Animais vermiformes achatados, muito segmentado e achatado, com intestino, lembrando anelídeos; Animais ovais semelhantes a escudo, com sulcos na forma de T. Animais Globóides, com sulcos radiais, lembrando medusas atuais; Frondes com hastes ramificadas e estriadas, lembrando pólipos coloniais de Cnidários (também na Inglaterra e África do Sul); Animais alongados, vermiformes com cabeça em forma de ferradura, segmentado (40 segmentos), lembrando Anelídeos; Animais vermiformes achatados, muito segmentado e achatado, com intestino, lembrando anelídeos; Animais ovais semelhantes a escudo, com sulcos na forma de T. Animais Globóides, com sulcos radiais, lembrando medusas atuais; Frondes com hastes ramificadas e estriadas, lembrando pólipos coloniais de Cnidários (também na Inglaterra e África do Sul). Animais alongados, vermiformes com cabeça em forma de ferradura, segmentado (40 segmentos), lembrando Anelídeos; Animais vermiformes achatados, muito segmentado e achatado, com intestino, lembrando anelídeos. Animais ovais semelhantes a escudo, com sulcos na forma de T. 6

7 O que houve entre 0,5 3 baa? Explosão da vida animal? Condições suporte para a ocorrência da vida animal: Alimento Produção Primária Autotrofia; O 2 Liberação de O 2 para a atmosfera Autotrofia. Resposta: Produção de O 2. Produção de O 2 : O 2 produzido foi prontamente consumido: Combinação com: Ferro: Óxidos de Ferro; Outros elementos: Compostos menos solúveis (precipitação); Após oxidação completa dos demais elementos Acúmulo de O 2 produzido nos oceanos e atmosfera. BERKNER & MARSHAL (Físicos) Estudaram a atmosfera: Hipótese: Explosão animal O 2 para respiração animal; Problema: Tempo; Complexidade animal. FISHER (Paleontólogo) Hipótese: Oásis de Oxigênio : O 2 ao redor das algas primitivas; Animais raros, pequenos, sem carapaça, irregularmente distribuídos (difícil fossilização); O 2 nos oceanos e atmosfera libertou os animais dos Oásis : Dispersão; Diversificação. 7