Origem da vida na Terra:
De moléculas orgânicas simples a indivíduos pluricelulares
Maria Sílvia Abrão,
Todos os seres vivos possuem um código genético. Ao tomar como verdadeira essa afirmação, a maioria dos biólogos também acredita que toda a vida existente na Terra descende de um único ancestral, um ancestral representativo de todos os seres vivos e que pode ser chamado de o último antepassado comum universal.
Para confirmar essa tese, podemos recorrer à anatomia comparada para observar características comuns entre os organismos vivos, e entre esses organismos e os fósseis. Ou seja, ao estudar a forma e a estrutura dos seres vivos, percebemos que existem estruturas aparentemente diferentes, que desempenham funções distintas, mas com estruturas internas similares. Essas ocorrências são conhecidas como estruturas homólogas, e os membros dos vertebrados são um bom exemplo disso.
Padrão básico
Podemos comparar os membros superiores do ser humano com as nadadeiras anteriores de uma baleia, as patas anteriores do cavalo e as asas de um morcego. Ao observar a estrutura óssea desses membros, percebemos que todos possuem um padrão básico, apesar de desempenharem diferentes funções: segurar as coisas, nadar, correr e voar. Os órgãos diferentes desses organismos que compartilham de uma estrutura básica indicam que há um ancestral comum a todos eles.
Existem também estruturas superficialmente semelhantes que desenvolvem uma mesma função (as asas de uma borboleta e as asas de uma águia são bons exemplos); essas estruturas são conhecidas como análogas, o que indica que existem “vários caminhos” para resolver um mesmo problema.
Parentesco evolutivo
Ao observar o desenvolvimento embrionário dos vertebrados podemos constatar que todos têm um padrão básico de desenvolvimento, o que é mais um indício do parentesco evolutivo existente entre eles.
E se quisermos fundamentar um pouco mais essa linha de raciocínio, basta lembrar que as modernas pesquisas na área da genética tornaram possível observar a semelhança molecular entre os seres vivos, traçar histórias evolutivas das espécies e estabelecer relações de parentescos entre as espécies de seres vivos.
A vida na Terra
Nosso planeta teve origem há cerca de 4,6 bilhões de anos e a existência da Terra está dividida em eras geológicas. O período desde a formação do planeta até 570 milhões de anos atrás é conhecido como era Pré-cambriana e foi no início desse período que surgiram moléculas com capacidade de autoduplicação, responsáveis por anunciar a origem vida.
A atmosfera terrestre possuía uma composição diferente da atual. Acredita-se que era composta pelos gases metano, amoníaco, hidrogênio e vapor de água. As fortes descargas de relâmpagos e os raios ultravioleta irradiados pelo sol teriam promovido uma grande variedade de reações químicas na atmosfera, levando ao aparecimento, entre outras, de moléculas orgânicas simples, como alcoóis, aminoácidos e açúcares.
Tais moléculas teriam sido arrastadas pelas chuvas da atmosfera até os mares. Nesse novo ambiente, teriam se reunido e formado moléculas orgânicas mais complexas, as chamadas proteínas. Estas, por sua vez, convivendo em meio ácido formaram aglomerados hoje conhecidos como coacervados ou, estimuladas pela variação da temperatura, reuniram-se, formando pequenas gotas conhecidas como microsferas.
Tanto os coacervados como as microsferas são detentores de proteínas enzimáticas associadas a um tipo de molécula originada nas atmosferas primitivas, o ácido nucleico. Esses aglomerados podem ser considerados o primeiro exemplo de ser vivo, pois se acredita que teriam capacidade de se metabolizar, se reproduzir e transmitir hereditariedade, desenvolvendo com isso a aptidão para evoluir.
Várias teorias
Outras explicações sobre a origem da vida também são aceitas. Para alguns cientistas, as moléculas precursoras da vida foram formadas no fundo dos mares, em regiões de água aquecida pela lava das erupções vulcânicas. Essa água, rica em gás sulfídrico, é utilizada por um tipo de bactéria para produzir alimento. Além disso, ao se reproduzir nesse meio, tais moléculas estariam protegidas das intempéries, dos meteoros e dos efeitos da evaporação.
Podemos, ainda, acreditar que as primeiras moléculas orgânicas tenham caído na Terra a bordo de cometas e meteoros. Assim, uma parte da comunidade científica acredita que as moléculas orgânicas teriam ficado grudadas à argila, formando concentrados de moléculas que em interação produziram novas moléculas orgânicas capazes de se duplicar.
Da análise desse quadro, pode-se concluir que os primeiros seres vivos deveriam ser bastante simples e, na verdade, existem ainda hoje algumas bactérias denominadas arqueobactérias (arqueanas) que são capazes de viver em locais ermos como fontes de água quente, lagos salgados e pântanos. Acredita-se que as arqueanas seriam os seres que mais se assemelham aos primeiros seres vivos, embora sejam bem mais complexos que estes. Esses seres primevos cresciam e partiam-se em pedaços capazes de manter as características originais, perpetuando assim sua linhagem e conseguindo se reproduzir.
Alguns cientistas acreditam que os primeiros seres vivos, que se alimentavam das próprias substâncias orgânicas que lhe propiciavam formação, eram seres heterótrofos, pois não conseguiam produzir seu próprio alimento. Outros pesquisadores acreditam que eles obtinham energia a partir de reações químicas, fabricando suas próprias substâncias a partir das substâncias inorgânicas.
Atualmente, existem seres capazes de sobreviver em regiões inóspitas como fontes de águas quentes e vulcões submarinos, que igualmente utilizam o processo citado para obtenção de energia, são os seres quimiolitoautótrofos.
O papel da fotossíntese
O aparecimento da fotossíntese, a produção de alimento a partir de substâncias inorgânicas simples utilizando-se da energia radiante (luminosa), foi um passo importante e decisivo na história da vida na Terra. Acredita-se que inicialmente a fotossíntese tinha como reagentes o gás carbônico e o sulfeto de hidrogênio, como ocorre nas sulfobactérias atualmente.
Na presença da luz, as sulfobactérias primitivas eram capazes de transformar o gás carbônico e o sulfeto de hidrogênio em glicose, enxofre e água. Posteriormente, surgiram seres capazes de aproveitar a água nesse processo, eles seriam os ancestrais das cianobactérias.
Quando isso ocorria, a fotossíntese se processava tal como na maioria dos casos hoje, ou seja, na presença da luz esses seres eram capazes de transformar gás carbônico e água em glicose e gás oxigênio. Como a Terra possuía uma grande disponibilidade de água, esses ancestrais das cianobactérias puderam se espalhar pelo planeta.
Essa proliferação foi tão grande que a atmosfera terrestre foi modificada em razão do acumulo do gás oxigênio produzido nessa reação. Outras condições do ambiente terrestre também foram modificadas. O oxigênio reagiu com os gases da atmosfera, que oxidou os metais, os quais passaram a se depositar no fundo dos mares e rios, e reagiu também com os compostos orgânicos degradando-os, causando um grande impacto ambiental.
Oxigênio e oxidação
Apesar do efeito destruidor do oxigênio, determinadas formas de vida foram capazes de sobreviver. Algumas espécies haviam desenvolvido a capacidade de se proteger contra a oxidação promovida pelo oxigênio. Alguns seres adaptaram-se às novas condições e passaram a utilizar a oxidação como uma forma de desmontar, de quebrar as moléculas orgânicas de alimento.
O controle da oxidação da matéria orgânica garantia a obtenção de energia e assim surgiu a respiração celular. A respiração celular é uma reação química, inversa à reação de fotossíntese, que ocorre na grande maioria dos seres vivos atuais.
O gás oxigênio presente na atmosfera também sofreu transformação formando o gás ozônio, que deu origem à formação da camada de ozônio, responsável pela redução da passagem de raios ultravioleta, nocivos aos seres vivos.
Procariontes e eucariontes
Os primeiros seres vivos eram provavelmente muito simples e assemelhavam-se aos procariontes atuais (seres unicelulares de estrutura mais simples, com material genético livre no citoplasma, sem um núcleo individualizado). Depois, com o passar do tempo, surgiram os seres eucariontes (indivíduos que possuem estruturas celulares mais complexas, com material genético separado do citoplasma por uma membrana nuclear, formando um núcleo verdadeiro).
Acredita-se que esse tipo de célula surgiu a partir das células procariontes por intermédio de determinados processos, enquanto outras, chamadas de organelas celulares, como a mitocôndria e o cloroplasto, surgiram a partir da invasão e consequente permanência de bactérias no interior das células primitivas.
Por sua vez, as células eucariontes podem ter passado a viver reunidas em colônias, formando os primeiros indivíduos formados por múltiplas células, os chamados pluricelulares. Os seres que viviam nessas colônias começaram a dividir “o trabalho” de realização das funções vitais e, dessa forma, aparecem as diferenciações dos tecidos celulares.
História geológica e seleção natural
Do que foi dito até agora, podemos observar que as moléculas orgânicas se organizaram dando origem às células, que em conjunto formaram os tecidos, responsáveis pela constituição dos órgãos, que, por sua vez, se reúnem para desempenhar uma função.
Já os diferentes conjuntos de órgão desempenham as várias funções vitais necessárias à sobrevivência de um organismo, de um individuo de uma determinada espécie, enquanto a junção de vários organismos de uma mesma espécie formam uma população.
Na mesma sequência, o conjunto formado pela parte inanimada do ambiente (solo, água, atmosfera) e pelos seres vivos das diferentes populações que ali habitam recebe o nome de ecossistema. Por seu turno, o conjunto de todos os ecossistemas é conhecido como biosfera, a parte do planeta ocupada pelos seres vivos.
De tudo isso, podemos afirmar que a história da vida na Terra está intimamente ligada à sua própria história geológica, pois ocorreram diversas alterações ambientais que favoreceram alguns seres em detrimento de outros, processo que se convencionou chamar de seleção natural.
Para confirmar essa tese, podemos recorrer à anatomia comparada para observar características comuns entre os organismos vivos, e entre esses organismos e os fósseis. Ou seja, ao estudar a forma e a estrutura dos seres vivos, percebemos que existem estruturas aparentemente diferentes, que desempenham funções distintas, mas com estruturas internas similares. Essas ocorrências são conhecidas como estruturas homólogas, e os membros dos vertebrados são um bom exemplo disso.
Padrão básico
Podemos comparar os membros superiores do ser humano com as nadadeiras anteriores de uma baleia, as patas anteriores do cavalo e as asas de um morcego. Ao observar a estrutura óssea desses membros, percebemos que todos possuem um padrão básico, apesar de desempenharem diferentes funções: segurar as coisas, nadar, correr e voar. Os órgãos diferentes desses organismos que compartilham de uma estrutura básica indicam que há um ancestral comum a todos eles.
Existem também estruturas superficialmente semelhantes que desenvolvem uma mesma função (as asas de uma borboleta e as asas de uma águia são bons exemplos); essas estruturas são conhecidas como análogas, o que indica que existem “vários caminhos” para resolver um mesmo problema.
Parentesco evolutivo
Ao observar o desenvolvimento embrionário dos vertebrados podemos constatar que todos têm um padrão básico de desenvolvimento, o que é mais um indício do parentesco evolutivo existente entre eles.
E se quisermos fundamentar um pouco mais essa linha de raciocínio, basta lembrar que as modernas pesquisas na área da genética tornaram possível observar a semelhança molecular entre os seres vivos, traçar histórias evolutivas das espécies e estabelecer relações de parentescos entre as espécies de seres vivos.
A vida na Terra
Nosso planeta teve origem há cerca de 4,6 bilhões de anos e a existência da Terra está dividida em eras geológicas. O período desde a formação do planeta até 570 milhões de anos atrás é conhecido como era Pré-cambriana e foi no início desse período que surgiram moléculas com capacidade de autoduplicação, responsáveis por anunciar a origem vida.
A atmosfera terrestre possuía uma composição diferente da atual. Acredita-se que era composta pelos gases metano, amoníaco, hidrogênio e vapor de água. As fortes descargas de relâmpagos e os raios ultravioleta irradiados pelo sol teriam promovido uma grande variedade de reações químicas na atmosfera, levando ao aparecimento, entre outras, de moléculas orgânicas simples, como alcoóis, aminoácidos e açúcares.
Tais moléculas teriam sido arrastadas pelas chuvas da atmosfera até os mares. Nesse novo ambiente, teriam se reunido e formado moléculas orgânicas mais complexas, as chamadas proteínas. Estas, por sua vez, convivendo em meio ácido formaram aglomerados hoje conhecidos como coacervados ou, estimuladas pela variação da temperatura, reuniram-se, formando pequenas gotas conhecidas como microsferas.
Tanto os coacervados como as microsferas são detentores de proteínas enzimáticas associadas a um tipo de molécula originada nas atmosferas primitivas, o ácido nucleico. Esses aglomerados podem ser considerados o primeiro exemplo de ser vivo, pois se acredita que teriam capacidade de se metabolizar, se reproduzir e transmitir hereditariedade, desenvolvendo com isso a aptidão para evoluir.
Várias teorias
Outras explicações sobre a origem da vida também são aceitas. Para alguns cientistas, as moléculas precursoras da vida foram formadas no fundo dos mares, em regiões de água aquecida pela lava das erupções vulcânicas. Essa água, rica em gás sulfídrico, é utilizada por um tipo de bactéria para produzir alimento. Além disso, ao se reproduzir nesse meio, tais moléculas estariam protegidas das intempéries, dos meteoros e dos efeitos da evaporação.
Podemos, ainda, acreditar que as primeiras moléculas orgânicas tenham caído na Terra a bordo de cometas e meteoros. Assim, uma parte da comunidade científica acredita que as moléculas orgânicas teriam ficado grudadas à argila, formando concentrados de moléculas que em interação produziram novas moléculas orgânicas capazes de se duplicar.
Da análise desse quadro, pode-se concluir que os primeiros seres vivos deveriam ser bastante simples e, na verdade, existem ainda hoje algumas bactérias denominadas arqueobactérias (arqueanas) que são capazes de viver em locais ermos como fontes de água quente, lagos salgados e pântanos. Acredita-se que as arqueanas seriam os seres que mais se assemelham aos primeiros seres vivos, embora sejam bem mais complexos que estes. Esses seres primevos cresciam e partiam-se em pedaços capazes de manter as características originais, perpetuando assim sua linhagem e conseguindo se reproduzir.
Alguns cientistas acreditam que os primeiros seres vivos, que se alimentavam das próprias substâncias orgânicas que lhe propiciavam formação, eram seres heterótrofos, pois não conseguiam produzir seu próprio alimento. Outros pesquisadores acreditam que eles obtinham energia a partir de reações químicas, fabricando suas próprias substâncias a partir das substâncias inorgânicas.
Atualmente, existem seres capazes de sobreviver em regiões inóspitas como fontes de águas quentes e vulcões submarinos, que igualmente utilizam o processo citado para obtenção de energia, são os seres quimiolitoautótrofos.
O papel da fotossíntese
O aparecimento da fotossíntese, a produção de alimento a partir de substâncias inorgânicas simples utilizando-se da energia radiante (luminosa), foi um passo importante e decisivo na história da vida na Terra. Acredita-se que inicialmente a fotossíntese tinha como reagentes o gás carbônico e o sulfeto de hidrogênio, como ocorre nas sulfobactérias atualmente.
Na presença da luz, as sulfobactérias primitivas eram capazes de transformar o gás carbônico e o sulfeto de hidrogênio em glicose, enxofre e água. Posteriormente, surgiram seres capazes de aproveitar a água nesse processo, eles seriam os ancestrais das cianobactérias.
Quando isso ocorria, a fotossíntese se processava tal como na maioria dos casos hoje, ou seja, na presença da luz esses seres eram capazes de transformar gás carbônico e água em glicose e gás oxigênio. Como a Terra possuía uma grande disponibilidade de água, esses ancestrais das cianobactérias puderam se espalhar pelo planeta.
Essa proliferação foi tão grande que a atmosfera terrestre foi modificada em razão do acumulo do gás oxigênio produzido nessa reação. Outras condições do ambiente terrestre também foram modificadas. O oxigênio reagiu com os gases da atmosfera, que oxidou os metais, os quais passaram a se depositar no fundo dos mares e rios, e reagiu também com os compostos orgânicos degradando-os, causando um grande impacto ambiental.
Oxigênio e oxidação
Apesar do efeito destruidor do oxigênio, determinadas formas de vida foram capazes de sobreviver. Algumas espécies haviam desenvolvido a capacidade de se proteger contra a oxidação promovida pelo oxigênio. Alguns seres adaptaram-se às novas condições e passaram a utilizar a oxidação como uma forma de desmontar, de quebrar as moléculas orgânicas de alimento.
O controle da oxidação da matéria orgânica garantia a obtenção de energia e assim surgiu a respiração celular. A respiração celular é uma reação química, inversa à reação de fotossíntese, que ocorre na grande maioria dos seres vivos atuais.
O gás oxigênio presente na atmosfera também sofreu transformação formando o gás ozônio, que deu origem à formação da camada de ozônio, responsável pela redução da passagem de raios ultravioleta, nocivos aos seres vivos.
Procariontes e eucariontes
Os primeiros seres vivos eram provavelmente muito simples e assemelhavam-se aos procariontes atuais (seres unicelulares de estrutura mais simples, com material genético livre no citoplasma, sem um núcleo individualizado). Depois, com o passar do tempo, surgiram os seres eucariontes (indivíduos que possuem estruturas celulares mais complexas, com material genético separado do citoplasma por uma membrana nuclear, formando um núcleo verdadeiro).
Acredita-se que esse tipo de célula surgiu a partir das células procariontes por intermédio de determinados processos, enquanto outras, chamadas de organelas celulares, como a mitocôndria e o cloroplasto, surgiram a partir da invasão e consequente permanência de bactérias no interior das células primitivas.
Por sua vez, as células eucariontes podem ter passado a viver reunidas em colônias, formando os primeiros indivíduos formados por múltiplas células, os chamados pluricelulares. Os seres que viviam nessas colônias começaram a dividir “o trabalho” de realização das funções vitais e, dessa forma, aparecem as diferenciações dos tecidos celulares.
História geológica e seleção natural
Do que foi dito até agora, podemos observar que as moléculas orgânicas se organizaram dando origem às células, que em conjunto formaram os tecidos, responsáveis pela constituição dos órgãos, que, por sua vez, se reúnem para desempenhar uma função.
Já os diferentes conjuntos de órgão desempenham as várias funções vitais necessárias à sobrevivência de um organismo, de um individuo de uma determinada espécie, enquanto a junção de vários organismos de uma mesma espécie formam uma população.
Na mesma sequência, o conjunto formado pela parte inanimada do ambiente (solo, água, atmosfera) e pelos seres vivos das diferentes populações que ali habitam recebe o nome de ecossistema. Por seu turno, o conjunto de todos os ecossistemas é conhecido como biosfera, a parte do planeta ocupada pelos seres vivos.
De tudo isso, podemos afirmar que a história da vida na Terra está intimamente ligada à sua própria história geológica, pois ocorreram diversas alterações ambientais que favoreceram alguns seres em detrimento de outros, processo que se convencionou chamar de seleção natural.
Maria Sílvia Abrão, Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação é bióloga, pós-graduada em fisiologia pela Universidade de São Paulo e professora de ciências da Escola Vera Cruz (Associação Universitária Interamericana).
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Publicado em 31/08/2012
Episódio 09 da 3ª Temporada, O Universo - Outro Planeta Terra.
http://educacao.uol.com.br/disciplinas/ciencias/origem-da-vida-na-terra-de-moleculas-organicas-simples-a-individuos-pluricelulares.htm
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