Aula 01: Origem da vida

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Aula 01: Origem da vida
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




Helmont
Needham
Aristóteles
Isaac Newton
• Críticos da biogênese




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 O2 ou N2; existia amônia (NH3), metano
(CH4), vapor de água (H2O) e hidrogênio (H2).
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)
Coacervados de Oparin
Microsfera de Fox
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 CO2 + 12H2S + Energia luminosa = C6H12O6 + 6S2 + 6H2O
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
vivos
primeiros
eram
possuíam
seres
procariontes
uma
e
organização
celular muito simples.
O processo evolutivo, a
partir
destes,
originou
as
primeiras células eucariontes de
organização
complexa.
celular
mais
A endossimbiose sequencial e a
diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
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
A endossimbiose sequencial e a
diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
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
A endossimbiose sequencial e a
diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
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.
A endossimbiose sequencial e a
diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
http://sites.google.com/site/geologiaebiologia/Home/biologia-e-geologia-11%C2%BA/evolucao-biologica – Acesso em 12/01/10
A endossimbiose sequencial e a
diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA
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.
A endossimbiose sequencial e a
diversidade da vida
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA

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