Origem da vida Prof. Veríssimo Júnior
1.Introdução 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. Biogênese versus abiogênese
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. Defensores da abiogênese Críticos da biogênese Helmont Needham Aristóteles Isaac Newton Redi Joblot Spallanzani Louis Pasteur
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 contaminado
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 Comissão julgadora solicitou mais provas
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 Derrubada definitiva da hipótese da geração espontânea
Louis Pasteur
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: proposta por Oparin e Haldane.
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). Oparin Haldane
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 O 2 ou N 2 ; existia amônia (NH 3 ), metano (CH 4 ), vapor de água (H 2 O) e hidrogênio (H 2 ). 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 Miller (1930 -) Fox (1912-1998)
Microsfera de Fox Coacervados de Oparin
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 CO 2 + 12H 2 S + Energia luminosa = C 6 H 12 O 6 + 6S 2 + 6H 2 O
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.
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida 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. http://prokariotae.tripod.com/teoriaendossimbiotica.htm - Acesso em 11/01/10
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA 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. http://www.dbio.uevora.pt/jaraujo/biocel/imagens/biocelcel14.jpg - Acesso em 11/01/10
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.
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida http://sites.google.com/site/geologiaebiologia/home/biologia-e-geologia-11%c2%ba/evolucao-biologica Acesso em 12/01/10
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. 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.
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA A endossimbiose sequencial e a diversidade da vida