Universidade Federal do Espírito Santo Centro Universitário Norte do Espírito Santo

1. 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

2. 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 1.Introdução

3. 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.

4. 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.

5. 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 abiogênese • Redi • Joblot • Spallanzani • Louis Pasteur

6. 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”

8. 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.

10. 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

11. Louis Pasteur

12. 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.

13. 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.

14. 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?

15. 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.

17. 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 • Primaevifilumlaticellulosum • Primaevifilumdelictulum • Primaevifilumconicoterminatum • Pequeno flilamento reprodutivo

18. 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.

19. Moléculas formadas pelo aparelho de Miller Aparelho de Miller

20. 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.