Universidade Federal do Espírito Santo
Centro Universitário Norte do Espírito Santo
ORIGEM E EVOLUÇÃO DA VIDA
AULA 2: ORIGEM DA VIDA
Vander Calmon Tosta
Luiz Fernando Duboc
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
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.
2. Biogênese x Abiogênese
Antes de discutirmos como as primeiras moléculas
capazes de se reproduzir foram formadas em um ambiente
primitivo devemos entender como foi demonstrado que apenas
vida gera vida, ou seja que não há surgimento de vida a partir
da matéria bruta, inanimada.
Hoje esta idéia é amplamente aceita, mas nem sempre
foi assim, durante anos se acreditou que a vida podia ser
originada a partir “do nada”.
Hoje sabemos que a vida surgiu
em condições especiais e únicas,
em ambientes altamente instáveis
como os lagos termais(foto ao
lado), no entanto nem sempre foi
assim, durante anos se acreditou
na idéia de geração espontânea
da vida.
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
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Helmont
Needham
Aristóteles
Isaac Newton
• Críticos da abiogênese
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

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”
O experimento de Redi poderia ser a prova cabal de que vida só
se origina por reprodução de outro ser vivo. No entanto, no século XVII,
com o avanço da microscópia, e os primeiros estudos sobre os micróbios
(bactérias, protozoários, etc.) a idéia de geração espontânea foi
reanimada, pois diversos pesquisadores passaram a defender que seres
tão minúsculos não se reproduziam surgindo por geração espontânea.
Este debate ganhou corpo no século XVIII envolvendo de um lado
Louis Joblot e Lazáro Spallanzani e de outro John Needham. Primeiro Joblot
aqueceu infusões de caldo de carne em frascos tampados e abertos e
demostrou que apenas nos frascos abertos apareciam microorganismos.
Needham refez o experimento de Joblot com todos os frascos fechados
aquecendo por apenas meia hora, e depois de alguns dias obteve
microorganismos nos frascos. Spallanzani refez o experimento de Needham
aquecendo os frascos por várias horas e mostrou que mesmo após alguns
dias não surgiam microorganismos. Needham e seus seguidores acusaram
Spallanzani de ao aquecer em demasia os frascos destruir a “força vital “
que gerava os microorganismos.
No final do século a descoberta de que o gás oxigênio era essencial a vida deu
novo impulso aos defensores da abiogênese, segundo eles o oxigênio era a “força vital”
que era destruída em experimentos como o de Spallanzani. A presença de ar fresco
segundo eles era de suma importância para a origem espontânea dos organismos.
O debate cresceu tanto que em meados do século XIX, a academia de ciências
da França ofereceu um prêmio ao pesquisador que apresentasse um experimento que
colocasse fim em toda esta querela.
O vencedor de tal prêmio foi o pesquisador Louis Pasteur que apresentou um
experimento definitivo que encerrou o debate. Pasteur em primeiro lugar levou vários
frascos com infusão de caldo de carne que tinha sido vedados e aquecidos por algumas
horas para os Alpes, lá ele desarrolhou os frascos os deixando abertos por um dado
tempo. Ele fez experimento com vinte frascos e em apenas um houve surgimento de
microorganismos. Pasteur justificou o ocorrido pelo pequeno número de “sementes” dos
micróbios na região montanhosa dos Alpes e afirmou que o ar puro não continham
nenhuma “força vital”. Como contrapova ele repetiu o experimento na cidade e viu o
surgimento de microoorganismos nos frascos em poucas horas.
Não satisfeita a Academia Francesa de Ciência pediu mais provas. Assim
Pasteur elaborou o clássico experimento dos vidros em pescoço de Cisne que foi o ponto
final no debate. Neste experimeto, Pasteur amoleceu os gargalos dos frascos 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
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.
Para os mares primitivos foram arrastadas, com as chuvas, as
proteínas e aminoácidos que permaneciam sobre as rochas. Durante um
tempo incalculável, as proteínas acumularam-se nos mares de águas
mornas do planeta. As moléculas se combinavam e partiam-se e novamente
voltavam a combinar-se em nova disposição. E dessa maneira, as proteínas
multiplicavam-se quantitativa e qualitativamente.
Dissolvidas em água, as proteínas formaram colóides. A
interpenetração dos colóides levou ao aparecimento dos coacervados.
Os dados de Oparin foram publicados aos mesmo tempo
que os dados de J.B.S. Haldane, por isso alguns denominam de
teoria Oparin/Haldane, depois destes outros pesquisadores tentaram
demonstrar de outras formas a origem das primeiras moléculas da
vida. Estes estudos são importantes, mas não respondem duas
questões principais:
-Quando a vida começou na Terra?
- Como a vida começou e evoluiu na Terra?
3. Quando começou a vida na terra?
Para responder esta pergunta temos que nos arremeter ao período
entre 4 bilhões e 3,5 bilhões de anos atrás e estudar os estromatolitos.
Um estromatólito é uma rocha formada por tapete de limo
produzido por micróbios no fundo de mares rasos, que se acumula até formar
uma espécie de recife. Os estromatólitos, por serem os primeiros organismos
a realizar a fotossíntese, são responsáveis pelo ar respirável que surgiu no
planeta a cerca de 3,5 bilhões de anos.
Há mais de 20 anos é conhecida a presença de estromatólitos no
chamado sílex de Strelley Pool, uma formação rochosa que fica na Austrália e
que data do início do Período Arqueano, ou seja, cerca de 3,5 bilhões de anos
atrás.
Não somente de sílex podem se formar os estromatólitos compõem-se
também estes de carbonatos (calcita e dolomita). É formado a partir de uma
sucessão de estágios, partindo de esteira microbiana, estromatólito
estratiforme para finalmente consolidar uma rocha. Os principais
microorganismos formadores das esteiras estromatolíticas são as
cianobactérias.
A datação radiotiva dos estromatolitos permite afirmar que eles
tiveram origem por volta de 4 bilhões a 3,5 bilhões de anos e por isto
sabemos com certeza que nesta época já existia vida.
Cyanobactérias ancestrais?
Datadas de 3,5 bilhões de anos atrás
a)
b)
c)
d)
Primaevifilum laticellulosum
Primaevifilum delictulum
Primaevifilum conicoterminatum
Pequeno flilamento reprodutivo
3. Como começou a vida na terra?
3.1- O Experimento de Miller-Urey
No meio da década de 50 do século XX, Stanley L. Miller
trabalhando no laboratório do professor Urey fez um experimento que viria
a corroborar as idéias de Oparin, Haldane e outros, demostrando não mais
por correlação de dados, e sim por dados empíricos que a atmosfera
primitiva era propícia a formação de uma sopa orgânica contendo água e
moléculas como aminoácidos, adenina, guanina, cianoacetileno (percursor
da citosina e da uracila), além de vários açucares.
A experiência de Miller consistiu basicamente em simular as
condições da Terra primitiva. Para isto criou um sistema fechado, onde
inseriu os principais gases atmosféricos, tais como gás carbônico, oxigênio,
metano, além de água. Através de descargas elétricas, e ciclos de
aquecimento e condensação de água, obteve após algum tempo, diversas
moléculas orgânicas (aminoácidos). Deste modo, conseguiu demonstrar
experimentalmente, que nas condições primitivas da Terra, seria possível
aparecerem moléculas orgânicas através de reações químicas na
atmosfera. Estas moléculas orgânicas são indispensáveis para o surgimento
da vida.
Moléculas formadas pelo aparelho de Miller
Aparelho de Miller
3.2- O Conto do Ovo e da Galinha em versão molecular:
Quem veio primeiro RNA ou DNA?
O experimento de Miller deu mais clarividência a como a atmosfera
primitiva gerou as primeiras moléculas que hoje sabemos estar envolvidas com a
hereditariedade: DNA, RNA e proteínas.
Sabemos hoje como estas moléculas se relacionam na maioria dos
organismos onde o DNA se replica originando mais DNA ou é transcrito originando
RNA que depois será traduzido originando proteínas.
No entanto a pergunta que fica é: Quem eram os primeiros replícons, as
primeiras moléculas capazes de se reproduzir? Como eles se replicavam?
A descoberta dos retrovírus na década de 70 trouxe luz a esta discussão,
pois a maioria dos pesquisadores não sabiam explicar quando surgira o RNA, o
interlocutor entre DNA e proteína.
Hoje acredita-se que as primeiras moléculas replicadoras são
semelhantes aos RNAs dos retrovírus e que foram capazes de originar moléculas
de DNA, além de se replicar.
Assim a proposta é que a vida se origina tendo o RNA como molécula
principal no mundo de pre-RNAs e RNAs e só depois que as moléculas de DNA e
proteínas assumem o protagonismo.