Como surgiu a vida e o aparecimento das primeiras células

Quitéria Paravidino

MATÉRIA BRUTA SERES VIVOSPrincípio ativo

Nem toda matéria bruta poderia gerar vida.

Princípio ativo: capacidade ou potencialidade.

Principais defensores: Aristóteles, Virgílio, Padre Anastácio Kircher, Jan Baptiste Van Helmont,...

No séc. XVII, começaram a surgir sábioscom novas idéias, que não aceitavam aABIOGÊNESE e procuravam desmascará-la,com experiências baseadas no MétodoCientífico.

Os seres vivos originam-se de outros seresvivos.

Teoria da Biogênese

SERES VIVOS SERES VIVOSReprodução

O EXPERIMENTO DE REDI

Reanimação da geração espontânea

Força vegetativaInfusões aquecidas

Infusões fervidas

Needhan não havia esterilizado corretamente as infusões.

Muitos micróbios resistem ao aquecimento.

Needham não havia vedado hermeticamente os frascos.

Spallanzani torturou as infusões.

Aquecimento prolongado havia enfraquecido ou destruído a força vegetativa.

A força vegetativa, mesmo que presente, não poderia se manifestar em um ar “deteriorado” pela fervura.

Resposta de Spallanzani

Para Needham, a força vegetativa tinha serestabelecido com a entrada de ar fresco.

A controvérsia não chegou a ser resolvida,pois Spallanzani não conseguiu elaborar umexperimento que descartasse essapossibilidade.

A POLÊMICA EM TORNO DO OXIGÊNIO

Em fins do séc. XVIII descobriu-se o oxigênioe seu papel essencial à vida.

Para os abiogenistas o aquecimentoprolongado e a vedação hermética excluíamo oxigênio.

A presença de ar fresco era fundamentalpara a geração espontânea de vida.

Para os biogenistas o ar fresco era fonte decontaminação dos caldos.

LOUIS PASTEUR

Se os seres vivos não surgem, em nenhum caso, a partir da matéria inanimada, como teriam

surgido na Terra pela primeira vez?

Criacionismo: não pode ser testada ou refutada pelos métodos usados pela ciência.

Panspermia cósmica (Hipótese dos cosmozoários): proposta por Arrheniusem1908.

Através de meteoritos, seres microscópicos poderiam ter chegado à Terra e iniciado sua colonização.

OBJEÇÃO: grandes diferenças de temperatura no espaço cósmico e meteoritos incendeiam ao atravessar a atmosfera terrestre.

Então, como a vida surgiu fora da Terra?

Teoria da evolução química:

A vida é resultado de um processo de evolução química em que compostos inorgânicos se combinaram, originando moléculas simples( aminoácidos, bases nitrogenadas, ácidos graxos,...).

Estas, por sua vez se combinaram produzindo moléculas mais complexas (proteínas, lipídios, ácidos nucleicos, ...),

que, finalmente, deram origem a estruturas com capacidade de autoduplicação e metabolismo, que seriam os primeiros seres vivos.

Os mesmos elementos químicos que predominam nos seres vivos (C, H, O e N) também existem fora deles.

A diferença básica entre matéria viva e matéria bruta estaria no nível de organização.

Substâncias orgânicas como a ureia podem ser formadas em laboratório a partir de substâncias orgânicas.

Em todos os seres vivos há açúcares simples, 20 tipos de aminoácidos, os nucleotídeos básicos do DNA e RNA, e os lipídios.

A idade aproximada da Terra é de 4,5 bilhões de anos, tendo a crosta se solidificado há uns 2,5 bilhões de anos.

A composição da atmosfera primitiva foi provavelmente diferente da atual; não havia nela O2 ou N2; existia amônia (NH3), metano(CH4), vapor de água (H2O) e hidrogênio (H2).

O vapor d’água se condensou à medida que a temperatura da crosta diminui.

Chuva sobre rochas quentes – evaporação –ciclo de chuvas.

Radiação UV e descargas elétricas agiram sobre as moléculas da atmosfera primitiva –ligações químicas – novos compostos na atmosfera.

Aminoácidos e outros compostos orgânicos foram arrastados pela água até a crosta ainda quente – compostos orgânicos combinados –moléculas maiores (proteinoides).

Temperatura inferior a 100ºC – água líquida –mais reações – surgimento dos coacervados.

Coacervados se chocando e reagindo durante um tempo extremamente longo.

Coacervados mais complexos – propriedade de duplicação – vida extremamente primitiva.

EXPERIÊNCIA DE STANLEY MILLER (1953)

EXPERIÊNCIA DE SIDNEY FOX (1957)

Aqueceu uma mistura seca de aminoácidos e verificando que entre muitos deles acontecem ligações peptídicas, formando-se moléculas semelhantes a proteínas.

Os resultados de Fox reforçam a seguinte ideia: se, de fato, aminoácidos caíram sobre as rochas quentes, trazidos pela água da chuva, eles poderiam ter sofrido combinações formando moléculas maiores, os proteinoides, que acabariam sendo carregadas aos mares em formação.

Percebe-se que Fox tenta testar parte das ideiasde Oparin, e seu ponto de partida foi, sem dúvida, a experiência de Miller.

Num intervalo de tempo suficientemente logo, o impossível se torna possível, o possível provável, e o provável, virtualmente certo. Basta esperar: o tempo, por si só, realiza milagres.

Atmosfera primitiva: CO, CO2, H2, N2 e vapor d’água.

Leslie Orgel, do Salk Institute – Califórnia, descobriu uma molécula semelhante ao DNA (com 50 nucleotídeos) que se formava espontaneamente a partir de compostos mais simples de carbono e sais de chumbo.

Carl Segan, Ruth Mariner e CyrilPonnamperuma produziram ATP numa mistura de gases contendo fósforo.

Precursores de RNA

Moldes de RNA

Aminoácidos Proteínas

RNA catalisador (ribozimas)

Moldes de RNA

Aminoácidos Proteínas

RNA catalisador (ribozimas)

Nucleotídeos de DNA DNA

C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2+ Energia

C6H12O66CO2 + 6H2O + Energia6O2+

6CO2 6H2O+Luz

C6H12O6 +6O2

FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

RESPIRAÇÃO AERÓBIA

FOTOSSÍNTESE

HIPÓTESE HETEROTRÓFICA

Os primeiros seres vivos seriam heterotroficos: simplicidade metabólica, grande oferta de substâncias orgânicas nos mares primitivos.

Para obter energia realizavam a fermentação, que ocorre na ausência de oxigênio.

CO2 foi lançado na atmosfera, modificando a sua composição.

À medida que a evolução avançou, a competição pelos parcos e limitados recursos tornou-se mais intensa.

Os organismos que apresentavam sistemas enzimáticos para fabricar moléculas orgânicas úteis, mais eficientes em processos inovativos, tiveram uma forte vantagem seletiva.

A FOTOSSÍNTESE

A presença de CO2, H2O, luz, novos sistemas enzimáticos e clorofila permitiram a ocorrência da fotossíntese.

O oxigênio é lançado no ambiente, onde não existia.

O O2 liberado, inicialmente, reagia com Fe++ originando FeO. Por isso, somente quando houve o esgotamento de Fe++ é que o O2 começou a se acumular na atmosfera (~1,5 bilhão de anos).

O O2 é extremamente reativo com várias substâncias citoplasmáticas e possivelmente foi tóxico para muitos organismos.

O O2 que acumulou-se nas altas camadas da atmosfera originou o O3, que formou um escudo contra os raios UV, permitindo que a vida prosperasse.

Possibilidade de obter maior quantidade de energia do alimento.

Mais vantajosa que a fermentação.

FERMENTAÇÃO

CO2

FOTOSSÍNTESE

O2

RESPIRAÇÃO AERÓBIA

HIPÓTESE AUTOTRÓFICA

Os primeiros seres vivos seriam autotróficos, realizando a quimiossíntese.

A principal evidência a favor foi a descoberta de bactérias em ambientes inóspitos tais como fontes de água quente, chaminés e vulcões submarinos.

Essas bactérias (chamadas de quimiolitoautotró-ficas) produzem seu próprio alimento a partir de substâncias simples e de reações químicas inorgânicas (H2S, S, NH3, NO2

-, H2, Fe++)