Na ‘Maré Montante’ da ‘Vida Cosmológica’

“Sistemas complexos corroboram o ponto de vista de que … em um planeta com química suficientemente desenvolvida – existe a probabilidade da vida surgir, espontaneamente, para se organizar em formas cada vez mais sofisticadas… – O que resta compreender é, que tipo de leis físicas levam à emergência espontânea no cosmos, dessas configurações autorreplicantes… – tornando a vida não só possível… – mas inevitável?” (Ian Stewart)

“Qualquer coisa faz parte do universo, assim como o universo está em todas as coisas; nesse sentido, tudo conspira para uma unidade perfeita.” (Giordano Bruno –1548/1600)

“O universo está em todas as coisas, assim como todas as coisas fazem parte do universo – nesse sentido, tudo conspira para uma perfeita unidade.” (Giordano Bruno –1548/1600)

Ao longo do último século XX a questão relativa à “origem da vida  começou a ser abordada cientificamente por meios teóricos…ou através de experimentos laboratoriais. Envolvendo geologia, matemática, planetologia, astrofísica, cosmologia, química orgânica, biologia molecular, e ‘teoria de sistemas complexos’ — se tornou interdisciplinar.

No entanto — algumas questões fundamentais continuam sem solução…Apesar das inúmeras tentativas de formulação não temos sequer um conceito universalmente aceito do que é “vida”, muito menos previsões acerca da existência de   novas formas…passíveis de serem descobertas.

Será que a origem da vida foi inevitável?     Teria ela uma função análoga à do relâmpago… permitindo a dissipação de energia acumulada? Estando essa ideia correta… todos planetas em condições semelhantes à Terra… cedo ou tarde, inevitavelmente desenvolverão – pelo menos…     seus estágios iniciais. Todavia, o fato é que, por   ainda não existir uma Teoria Geral da Vida‘; nossa capacidade em entendê-la é bem restrita.

A origem da vida na Terra costuma ser vista como um “fenômeno único“…e altamente improvável, requerendo uma cadeia complexa de materiais, energia disponível e muita sorte. Porém, circulam atualmente novas ideias sugerindo que na verdade, a vida é um fenômeno inevitável…como um relâmpago que surge quando há uma diferença muito grande de carga elétrica entre nuvens e o solo.

Em artigo divulgado pelo Instituto de Santa Fé (EUA)… Harold Morowitz e Eric Smith sugerem que, da mesma forma que raios são estruturas que surgem naturalmente, por conta de diferenças de voltagem… permitindo assim a dissipação dessas diferenças, os processos químicos da vida surgem por conta de diferenças de energia acumuladas em processos geológicos – como  erupções vulcânicas… e atuam de forma a dissipar esses acúmulos… — Os pesquisadores argumentam que a ‘geoquímica’ da Terra… – em seus primórdios, gerava grandes quantidades de energia … sob diversos tipos de moléculas,       e a vida (metabolismo) foi o canal encontrado…para dissipar essa energia – assim como raios dissipam potencial elétrico…e furacões dissipam variações de temperatura.

Perspectiva evolucionista                                                                                                         “Um estado da geosfera incluindo a vida torna-se mais provável que outro puramente ‘abiótico’… já que os seres vivos atuam consumindo a energia acumulada no ambiente. Assim, a vida se justificaria como um ‘colapso’, visando maior estabilidade no planeta”.

No contexto da  ‘evolução cósmica‘, a vida resulta de uma sequência natural de evolução química e biológica da matéria pré-existente, regida por leis físicas. A regra fundamental é… os seres vivos são organismos que têm metabolismo… — se reproduzem… — sofrem mutações… e reproduzem essas mutações – isto é…passam por ‘seleção cumulativa‘.

Principais características biológicas dos ‘seres vivos’… – Organização: em células; Metabolismo: transformações químicas … à custa de “energia”… – Crescimento: transformação de materiais do meio, para componentes do corpo… – Reprodução: cópias do organismo por ‘transferência genética’… – Mutação: das características individuais… – Evolução: Reprodução da mutação… – capacidade de adaptação.

micrasterias (alga unicelular)

micrasterias (alga unicelular)

Charles Darwin (1809-1882), na 2ª metade do século XIX imaginava que uma ‘poça de caldo nutritivo’… contendo amônia, sais de fósforo, luz, calor e eletricidade, originasse “proteínas – que se transformariam em compostos complexos… tipo “micrasterias“,   até afinal… – originarem os “seres vivos“. Contudo…a extensão da “evolução” para o mundo molecular … como o 1º capítulo da evolução da vida… – só teve progresso no século seguinte — com ‘Alexander Oparin‘,   tentando entender a origem da vida como uma evolução de reações bioquímicas, em primitiva competição/seleção darwiniana.

Esta evoluçãoque se caracteriza pelo processo  natural de mudança – faz com que os organismos sejam, gradualmente, diferentes dos iniciais. Contudo… embora exista uma cadeia de continuidade ao longo do tempo… – não é fácil inferir as propriedades dos 1ºs  organismos, com base nos atuais. Apenas através de fósseis somos capazes de recuperar algumas informações da estrutura corporal dos ancestrais das espécies atuais… – O que, aliás, permitiu um exuberante mapa retroativo da evolução ao longo dos últimos meio bilhão de anos. Todos filos genéticos (arquiteturas corporais) existentes hoje, surgiram     na chamada ‘explosão do Cambriano, ocorrida por essa época…que se caracterizou pelo aparecimento dos ‘seres multicelulares‘.

microf-cambrianos

Microfósseis pré-Cambrianos. Os exemplares e, f, g, h, i são os mais antigos (3,465 bi.anos), encontrados nos estromatólitos de Apex-Austrália. (J.W. Schopf, Nature)

No período “pré-Cambriano” (era geológica anterior a 570 milhões de anos atrás)…pela proliferação unicelular ficou difícil a formação de ‘fósseis’. Mas, mesmo assim… ‘micro-organismos’ com 3,5 bilhões de anos já foram rastreados. ‘Estromatólitos‘ como os de Apex (ao lado) pertencem à ‘formaçãode carbonato de cálcio, a partir de depósitos de “algas mortas” em águas oceânicas rasas, ainda hoje encontrada… — agregada a ‘colônias de bactérias’.

Existem 11 tipos diferentes de fósseis, mostrando como células se dividiam e multiplicavam…Suas formas são indistinguíveis das “algas fotossintéticas”, hoje cianobactérias…que ainda proliferam em muitos ambientes terrestres.

Microbiologistas e biólogos moleculares defendem que a cianobactéria teria sido um dos últimos grandes grupos de bactérias a surgir. Porém… mesmo sendo primitivos para a vida atual — esses fósseis são de organismos tão complexos … que não se acredita terem sido as primeiras formas de vida… Mas, como poderíamos recuar nossos estudos, para ainda mais atrás no tempo?…Hoje…é praticamente impossível encontrar rochas mais antigas, que 3,5 bilhões de anos, pois a superfície do nosso planeta é constantemente reciclada… As rochas da crosta são forçadas a imergir…pela tectônica de placas; e nas profundezas da terra…são cozidas sob pressão.

Quanto mais antiga uma rocha – mais rara ela é. Desse modo, não existem esperanças de encontrar fósseis muito mais antigos que 3,5 bilhões de anos, interrompendo, por essa maneira…o caminho em busca da origem da vida.

A química prebiótica                                                                                                           Um organismo vivo é baseado em células, onde a informação genética se encontra  codificada no DNA (ácido desoxirribonucléico)…e se expressa na forma de proteínas. Assim, o conceito de organismo vivo é bem mais operacional que vida, como abstração.’

DNA

A evolução biológica é um fato surpreendente e inesperado – quando temos em mente que o código genético trabalha para fazer uma cópia exata de si mesmo…

A dupla hélice é garantia extra de fidelidade, providenciando 2 cópias de cada informação genética. Se, por acaso…só existissem forças mantenedoras da identidade, não existiria a diversidade biológica.

Contudo… existem processos que levam a imperfeições na reprodução. São os ‘erros aleatórios‘… naturais a qualquer processo       de cópia — em razão de agentes químicos; radioatividade ambiental – ou até mesmo,   dos  “raios cósmicos” … vindos do espaço.

Eles geram ‘moléculas-cópias diferentes das originais – de modo que, quando a molécula participa da reprodução, o organismo resultante terá – em termos gerais, sutis diferenças de seu progenitor. — Se adaptando às condições do meio ambiente, sobreviverá, e poderá deixar descendência, aumentando a diversidade biológica…Todavia, atrás de sua enorme diversidade de formas, cores e tamanhos, os ‘organismos atuais’ mostram características muito similares… – que servem de “importantes parâmetros” para entender sua origem.

A água é a substância (molécula) mais abundante da matéria viva…70% do corpo humano, 75% de uma bactéria… Todos seres vivos têm uma alta porcentagem de água, favorecendo a hipótese da origem em meio aquoso.

Sua composição atômica também é admiravelmente simples. — Apenas quatro elementos químicos – carbono, hidrogênio, oxigênio, e nitrogênio – somam 99,9% da ‘matéria viva’. Eles estão entre os cinco mais abundantes do Universo, só deixando de fora o hélio … que não faz ligações químicas… Toda bioquímica da vida é composta por combinações desses átomos, formando água (H2O), metano (CH4), amônia (NH3), dióxido de carbono (CO2), açúcares, proteínas, ácidos graxos e outros…Mesmo que muitas dessas proteínas tenham elementos metálicos e requeiram certos íons para funcionar… os seus componentes mais abundantes são, de longe, os mencionados anteriormente. O fato da vida‘ ser composta dos átomos mais amplamente encontrados na natureza, indica simplesmente… que ela é uma expressão da ‘oportunidade (não um milagre)que pode se realizar com materiais arbitrários, inclusive raros. Muito embora bactérias, baleias, palmeiras e elefantes sejam, formalmente, bastante diferentes entre si, são…quimicamente, parecidos ao extremo. As ‘moléculas simples’ se combinam para formar maiores…sub-unidades molecularesque acopladasformam longas cadeias (polímeros)…tipo: “nucleotídeos“…e “aminoácidos.

Os ‘nucleotídeos‘ e ‘aminoácidos’ usados pelos seres vivos são poucos e praticamente os mesmos. A junção desses monômeros em grandes cadeias forma os biopolímeros… ácidos nucléicos (RNA e DNA), e proteínas. São os responsáveis pela diversidade biológica que observamos.

Nos seres vivos atuais, o DNA carrega o código de montagem das proteínas… que são responsáveis pelas mais diversas funções. Além da composição material – a forma de processamento de energia… (‘metabolismo’)… também é muito semelhante em todos organismos vivos, com um pequeno número de processos intimamente relacionados.

A árvore universal da vida (A figura abaixo relaciona o parentesco         de TODOS ‘seres vivos’ – apresentando entre eles…uma origem comum.)

arvoredavida

baseada no RNA ribossômico 16s, mostra a existência de um ancestral comum a todas as formas de vida.

Uma boa forma de diagnosticar o parentesco dos seres vivos é pela ‘análise genômica‘ (mapeamento da sequência de pares de “bases nitrogenadas”…[AG – adenina e guanina; CT – citosina e timina] que forma o DNA de um dado organismo)…do RNA ribossômico 16s — (que não pode ser aplicada a fósseis — pois esses perderam seu conteúdo celular).

Os ribossomos são “complexos moleculares” do interior das células…que participam da produção de proteínas… — Essas fábricas de proteínas são compostas de vários tipos de ácido ribonucléico (RNA). — Mutações ao longo do tempo alteram a ordem das bases no RNA ribossômico (RNAr).

Organismos que fazem parte de um grupo biológico que compartilha uma história recente têm RNAr semelhante, e quanto mais afastado for o parentesco, mais esse se diferencia. A comparação do RNAr 16s, entre 2 grupos que se originaram de um mesmo ramo evolutivo, permite avaliar quantas mudanças ocorreram…desde sua ramificação. – A “árvore” assim construída, cujo comprimento do ramo é proporcional ao número de mudanças sofridas…é conhecida como árvore filogenética universal da vida. Concordando bem com o estudo de fósseis…ela pode ser lida como a sequência temporal em que o ‘tempo presente’ estaria na ponta dos ramos – e, o passado… na direção de sua conexão com outros ramos.

A formação da árvore filogenética parece não ter sido tão simples e linear. Nos eucariotos, as ‘mitocôndrias‘ (responsáveis pela respiração) e os ‘cloroplastos‘ (responsáveis pela fotossíntese) parecem ter se originado de bactérias que invadiram o interior de células, se instalando numa associação simbiôntica (quando 2 seres se associam com vantagens mútuas…A mitocôndria gera energia para a célula, e esta lhe oferece proteção e alimento).  Por outro lado, organismos primitivos podem ter se associado horizontalmente, trocando material genético. Assim, em vez de um único tronco…a “árvore filogenética” pode ter se originado de diversos ‘troncos separados’…que acabaram se unindo em 3 grandes ramos, para depois se subdividiram em ramos secundários. 

Os tempos de divisão dos ramos, porém… não são medidos com precisão, pois as “taxas de mutação” são irregulares com o tempo. Outro aspecto é que ela se baseia nos seres que estão vivos hoje, que somam menos de 1%  de todas as espécies que se sucederam … ao longo da história do planeta.

Nota-se que…embora as plantas e animais sejam as formas mais familiares de vida para nós, elas perfazem somente 2… dos vinte ramos da árvore da vida… — Além desses dois, somente fungos têm membros visíveis sem a ajuda de um microscópio… A maior parte   da vida é invisível a olho nu…Todos os organismos conhecidos pertencem a um dos três domínios… bactériaarchea, e eucarya (ou eucariotos)…Todos ramos se unem a um ramo único numa região entre bacteria e archea. – Este teria sido, o do último ancestral comum…denominado ‘progenota‘.

O progenota (último ancestral comum)

O último ancestral comum deve ter tido características, que são compartilhadas por todos os seres vivos  —  reprodução por meio de genes (DNA) — fábricas de proteínas (ribossomo e RNA)… e ainda ‘mecanismos de reparação de erros’ no código… ou obter e armazenar energia.

Deve ter sido parecido com organismos mais primitivos (ramos mais baixos da ‘árvore universal’) do que com os mais modernos (“pontas finais” dos ramos).

Os organismos dos ramos mais baixos, termófilos e hipertermófilos, são tolerantes    ao calor, vivendo em temperaturas como a da água fervente (90…113ºC) encontrada em    “fontes hidrotermais” do fundo dos oceanos, e em poças vulcânicas, como as do Parque Yellowstone (EUA). Contudo…existem técnicas que permitem avaliar a temperatura de formação de bases nitrogenadas, as quais indicam que organismos primitivos teriam se originado em ambientes de temperatura moderada…e, não extrema. Outro fato que vai contra a origem da vida em alta temperatura… é o efeito desagregador que ela tem para     o RNA, açúcares e alguns aminoácidos.

A 100ºC a meia-vida de diversos compostos é de segundos a horas. Assim, ‘hipertermófilos’ teriam se adaptado às altas temperaturas – e não…aí se formado…Isso, somado à maquinaria complexa que esses já apresentam, indica que hipertermófilos não poderiam ter sido a forma inicial de vida.

Na 1ª metade do século XX, imaginava-se que a vida já teria se iniciado fabricando seu próprio alimento (autotrofismo) como fazem hoje os seres fotossintetizantes…O CO2 atmosférico, na fotossíntese… é absorvido pela célula…que – sob a ação da luz solar, e moléculas d’água, gera uma série de compostos orgânicos…como açúcares (glicose).   Tais compostos então…além de gerar energia… irão produzir componentes estruturais. Já os animais não geram… mas, capturam energia – fabricada por outros organismos (heterotrofismo). Mediante a oxidação dos açúcares percorre-se caminho inverso ao da fotossíntese, liberando energia, e devolvendo CO2 à atmosfera. – Por volta do início do século XX esses processos estavam ainda sendo entendidos, e se imaginava que sem ‘seres autotróficos‘ não haveria fontes de alimento na ‘Terra primitiva’. — Mas hoje, organismos que já nascem…fabricando sua própria comida – parece mais implausível.

As propostas proto-evolutivas

Na década de 1920, Oparin propôs uma ideia… — que causou grandes desdobramentos… – Ele imaginou um cenário de uma lenta e gradual ‘evolução darwiniana‘ partindo do mais simples ao mais complexo. A partir de “hidrocarbonetos” e “amônia“… teriam sido formados outros compostos mais complexos, como carboidratos e proteínas (foram propostos por Haldane processos similares, em um “ambiente redutor”… no entanto, o ‘autotrofismo, aos poucos… foi perdendo ímpeto.) Pela proposta Oparin/Haldane” … os aminoácidos teriam sido produzidos a partir de moléculas carbonadas mais simples, num ambiente redutor. – No mundo atual, os “aminoácidos” (fundamentais para a vida) são produzidos por meio das proteínas…no interior das células… – Porém, para a vida ter surgidoevidente que precisariam ter sido produzidos por processos abióticos (inorgânicos).

Na década de 1950… Harold Urey argumentou que a atmosfera da Terra – em sua origem, era parecida com a dos planetas gasosos (Júpiter, Saturno, Urano e Netuno). Estes teriam mantido suas atmosferas quase inalteradas, devido à altas massas… e baixas temperaturas (distantes do Sol)… Planetas rochosos (Mercúrio, Vênus, Terra e Marte) as teriam perdido pela baixa gravidade – e proximidade do Sol… que teria dissociado as moléculas pela ação dos raios UV sobre a alta camada da “atmosfera terrestre“. Como Júpiter e seus parceiros gasosos têm atmosfera rica em amônia (NH3)…metano (CH4)…e hidrogênio (H2)…assim também teria sido a atmosfera primitiva da Terra…e demais planetas rochosos.

A hipótese de Urey entusiasmou seu aluno Stanley Miller … que conhecia a “teoria de Oparin”, de que os aminoácidos poderiam se formar por “processos abióticos”, numa atmosfera redutora. Assim, decidiu colocar a teoria…à ‘prova laboratorial’… Em 1953, montou um experimento “mimetizando” ‘processos atmosféricos’ em que um gás de…amônia…metano…e hidrogênio  —  atravessava uma câmara com descargas elétricas, para após, ser condensado num recipiente de água, e evaporado novamente, num ciclo contínuo.

Em poucos dias se formou um precipitado rico em ‘aminoácidos‘…  Esse resultado abriu novos horizontes para o entendimento da ‘origem da vida’.

O experimento é um ‘cartão-postal’ exibido pelos professores de ciências como sendo a demonstração de que foi assim que a vida se originou na Terra, mas isso é incorreto por   dois motivos. – O 1º problema com o experimento de Miller é que a atmosfera da Terra nunca foi redutora… – pelo menos no grau necessário para a formação de aminoácidos.  As inúmeras variantes do experimento de Miller…quando realizadas em ambientes neutros (intermediário entre oxidante e redutor) ou mesmo…ligeiramente redutores – nunca produziram quantidades relevantes de ‘aminoácidos‘… – Na verdade… a ideia     de “atmosferas redutoras em planetas rochosos”… foi demonstrada ‘inconsistente’ pela ‘planetologia‘ pelos idos dos anos 1970. Os ‘planetas rochosos’ se formaram a partir de poeira seca – sem a carga de água…e elementos voláteis que formaram os gasosos. Por isso…”planetas gasosos” têm “atmosferas redutoras” (ricas em hidrogênio…amônia…e metano), e os rochosos, atmosferas neutras (ricas em dióxido de carbono e nitrogênio).

            Substância oxidante: recebe elétrons (rica em oxigênio);                                Substância redutora: doa elétrons (rica em hidrogênio)

O 2º problema é que os experimentos nunca produziram vida… ou qualquer coisa mais complexa que aminoácidos. – Mas então, o que explica o fato da Terra ter água hoje?… Fragmentos que restaram da formação de Júpiter… e outros planetas gasosos — foram lançados para todos os lados, em forma de cometas…e, muitos deles atingiram a Terra, trazendo grande quantidade de água, e compostos carbonados. Posteriormente porém,       a formação da Lua pela colisão com um planetoide com a Terra…cozinhou a crosta terrestre…vaporizando os oceanos trazidos pelos cometas.

A seguir, novas quedas de cometas e meteoritos trouxeram mais água e compostos carbonados. O calor dos impactos, o efeito estufa da luz solar na atmosfera rica em     CO2, e a dissociação das “moléculas hidrogenadas“.. pela ‘radiação UV… nunca deixaram muito espaço para uma atmosfera redutora (rica em hidrogênio). – Mas, enquanto é difícil achar ambiente favorável à formação de “aminoácidos na Terra primitiva…o “experimento de Miller” se mostra amplamente operativo … fora dela.

A hipótese da “Panspermia”

O fato da origem da vida ser um assunto de tão difícil compreensão, nos faz assumir que, também seja difícil de ser realizado pela natureza…A ‘janela‘ para a formação de vida na Terra é tão estreita que alguns cientistas preferem acreditar que ela tenha aportado aqui,  já pronta.

meteorito

Certos meteoritos…como o tipo “condrito” (que caiu em Murchison, Austrália, em 1969)…contêm boa amostra de aminoácidos (100 ppm…partes por milhão) – do mesmo tipo, dos produzidos no experimento de Miller (O que não é de estranhar, considerando que esses “corpos” se formaram na região dosplanetas gasosos“… — onde o “disco protoplanetário” … era rico em “hidrogênio.)

Os cometas são ricos em compostos orgânicos, e poderiam ter trazido boa quantidade de aminoácidos nas últimas fases de formação da Terra. Os menores fragmentos, sobretudo  poeira cometária, não geram muito calor ao caírem, de modo que os aminoácidos podem ter sobrevivido à queda…Atualmente…caem cerca de 40 mil toneladas por ano de poeira cometária, e o fluxo deve ter sido milhares de vezes maior – nos primórdios da Terra… A questão ainda difícil de responder…é se o aporte de aminoácidos de fora da Terra seria o suficiente para a origem da vida aqui.

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Mas, enquanto isso…em setembro de 2014, os resultados da descoberta da 1ª molécula orgânica de “cadeia ramificada” no espaço interestelar foram publicados na “Science”. Chamada “isobutironitrilo“, a molécula foi encontrada no interior de “Sagitário B2″…uma gigantesca ‘nuvem molecular‘, que se localiza próximo ao “centro galático”…a cerca de 27 mil anos-luz do ‘nosso planeta’.

Sua deteção pelo tadiotelescópio ‘Alma’ sugere que moléculas complexas essenciais à vida possam ter se originado no espaço interestelar – principalmente, em regiões de formação estelar… Embora já tenham sido detetados vários tipos de moléculas no meio interestelar, moléculas orgânicas complexas surgem com maior abundância, no interior das nuvem de gás onde são geradas novas estrelas…Explicou Arnaud Belloche, do Instituto Max Planck:

“É fundamental compreendermos a produção de ‘materiais orgânicos’, nas fases iniciais de formação estelar, para delinearmos a progressão gradual, desde moléculas mais simples, até uma química potencialmente biológica”. 

Conhecem-se cerca de 180 espécies moleculares distintas no espaço interestelar…Cada molécula emite luz em comprimentos de onda particulares, para o qual, seu espetro de radiação eletromagnética cria uma assinatura própria, permitindo sua identificação no espaço por radiotelescópios. – Até agora, moléculas orgânicas detetadas nas regiões de formação estelar partilhavam a característica estrutural fundamental de apresentarem, todas, seus átomos de carbono ordenados numa única cadeia linear… A nova molécula distingue-se de todas outras, porque possui um grupo metilo ligado à cadeia principal.

Os aminoácidos identificados em meteoritos têm uma composição que sugere uma origem no meio interestelar. Apesar de até agora não ter sido encontrado nenhum aminoácido interestelar – é possível que a “química interestelar” se responsabilize          pela produção de vasta gama de importantes ‘moléculas complexas’… realocadas,  eventualmente, até superfícies planetárias. A deteção do “isobutironitrilo” mostra          que os aminoácidos poderão estar de fato, presentes no meio interestelar, porque              a ‘estrutura ramificada’ é uma característica chave destas moléculas. (texto base)

Atmosfera primitiva terrestre

Como não se encontrou até agora um mecanismo…ou ambiente…que desse conta de produzir…toda variedade de ‘compostos orgânicos’…necessários à vida, é possível da ‘sopa prebiótica terrestre‘ ter captado contribuições de diferentes processos atmosféricos da Terra…de fontes hidrotermais… e, até…do “ambiente interplanetário”…

A ‘origem abiótica‘ de compostos orgânicos essenciais à vida…              como “aminoácidos“… está firmemente embasada em testes de laboratório… processos teóricos… e, “observações astronômicas”.

A Terra não se formou com a mesma composição do Sol, pois nela faltam os elementos leves e voláteis, incapazes de se condensar nessa região da nebulosa solar… Além disso, elementos leves secundários foram se perdendo do protoplaneta… sua massa reduzida,     e temperatura elevada não permitiram a retenção da atmosfera… – Assim, a atmosfera primitiva terrestre resultou da evaporação gasosa do interior quente – alimentada pela intensa ‘atividade vulcânica’…que perdurou por cerca de 100 milhões de anos após sua formação…. — Apesar da ejeção de H2O, CO2, HS2, CH4 e…NH3 na atmosfera, esta não possuía “oxigênio livre como hoje… – capaz de destruirmoléculas orgânicas“… A formação de moléculas complexas exigia “energia de radiação”… cujo comprimento de onda menor que 2200Å… – fosse provido por relâmpagos…e pelo próprio Sol… – pois     não havia ainda na Terra uma “camada de ozônio” bloqueando a ‘radiação ultravioleta’.

O experimento bioquímico de ‘Miller-Urey’ – realizado em 1953, por Miller, no laboratório de Urey…mostrou que, numa ‘atmosfera redutora’… sob ação de descargas elétricas, 2% de carbono se transformam em “aminoácidos (base de proteínas)No experimento, o frasco de baixo, contém o…”oceano d’água”… que aquecido, força o vapor   a circular pelo aparato… – O de cima,   representa a…”atmosfera primitiva“, com…metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2)…e…”vapor d’água“.

Quando uma descarga elétrica (raio) passa pelos gases…estes interagem, gerando ‘aminoácidos’… glicina, alanina, ácidos aspáico e glutâmico… entre outros (15% de carbono do metano original… – combinaram-se em ‘compostos orgânicos‘.)     “Compostos orgânicos são simplesmente moléculas com ‘átomos de carbono’ – o           qual tem a ‘propriedade elétrica‘ de se combinar em longas cadeias (“polímeros“).

Uma análise de meteoritos do tipo ‘condrito carbonáceo‘…e a observação de moléculas orgânicas no “meio interestelar“, corroboram a ideia de que – estes “compostos orgânicos“… – podem ser “sintetizados naturalmente“…(no espaço).   Embora a atmosfera da Terra possa não ter sido ‘redutora‘ em seu início… vários aminoácidos… já foram detetados em meteoritos….provavelmente… de origem extraterrestre, formados por ‘adesão molecular‘ catalisada por ‘grãos de silicato‘               da ‘poeira interestelar‘… – Com efeito…centenas de moléculas, identificadas por               suas “linhas espectrais”… – já foram localizadas no “meio interestelar”… – como hidrocarbonatos aromáticos e alifáticos…alcoois, ácidos, éteres, cetonas, aminos,                 e, aldeídos. – Na própria atmosfera de ‘Titan‘…satélite de ‘Saturno‘… também                 já foram localizados vários “compostos orgânicos“.

A ‘síntese primordial’ (e outras descobertas)                                                                             A evolução da vida passou por um estágio inicial no qual o ‘RNA’ teve importância fundamental – tanto na herança, quanto na catálise – papéis que…atualmente, são executados pelo DNA e por enzimas, respectivamente. Mas, de onde surgiu o RNA?”

A dúvida tem intrigado cientistas há muito tempo… e … uma possível resposta foi dada recentemente — por pesquisadores da “Manchester University”… – O estudo esclarece  antiga controvérsia… – ampliando o conhecimento a respeito de como a vida surgiu na Terra… – Em algum ponto da evolução, uma molécula capaz de armazenar informação genética teria sido formada por meio de processos químicos. – O principal candidato é       o RNA…mas muitos pesquisadores têm questionado essa tese – com a ressalva de que, uma ‘molécula complexa’ como essa… – não poderia ter se formado espontaneamente.

http://www.notapositiva.com/trab_professores/textos_apoio/biologia/rnacomplexidadedavida.htm
O RNA (ácido ribonucleico) é formado por uma longa cadeia de nucleotídeos. Cada um desses ‘blocos de montar’ é composto por 3 partes…base nitrogenada, ribose (açúcar), e ácido fosfóricoA ideia mais aceita era que a base, o açúcar e o fosfato, originalmente, surgiriam em separado para, depois, se combinarem, formando o “ribonucleotídeo”. Mas, até agora, nenhuma reação química havia sido encontrada para explicar…como poderiam ter se reunido… o que levou muitos cientistas a questionar a teoria… – Até que… em 1959, Juan Oró (Universidade de Houston/EUA), conseguiu produzir “adenina”…uma das 4 bases do RNA e do DNA, a partir da síntese HCN com amônia, em uma solução aquosa.

Trata-se da 1ª demonstração química plausível de como uma molécula complexa como o RNA poderia ter sido formada, sem a ajuda de enzimas…Para alguns ribonucleotídeos, o açúcar e a base poderiam ter derivado de uma molécula precursora, e comum a ambos…Ou seja, a estrutura completa do RNA pode ter surgido sem a ajuda de outras moléculas,   e bases como intermediários. — De acordo com este estudo todos materiais usados na síntese estiveram presentes nos primórdios da vida na Terra… e as condições de reações usadas foram consistentes com modelos geoquímicos de ambientes, então existentes no planeta…Para o biólogo molecular Jack Szostak, em artigo de 14/05/2009, na “Nature”:

“O estudo cuidadoso de cada reação relevante…constitui o modelo de como desenvolver   a compreensão exigida para uma abordagem equilibrada da ‘química prebiótica’. Ao trabalhar a sequência de reações básicas, montou-se o ‘palco’ para investigações futuras a respeito dos cenários geoquímicos compatíveis à origem da vida… Abre assim esse trabalho novos caminhos, permanecendo como um dos ‘grandes avanços’ na química prebiótica”.

Novo código escondido no DNA

Desde que o código genético foi decifrado, em 1960 – ficou assumido…como seu uso exclusivo – armazenar informações sobre proteínas…Mas agora, Andrew Stergachis e colegas da Washington University/EUA descobriram que genomas usam o código genético para escrever – pelo menos dois idiomas distintos, existindo portanto um novo codigo escondido no DNA… – O 1º, já antes decifrado… descreve a formação das proteínas – enquanto o novo idioma, instrui a célula em como os genes devem ser controlados… – Uma linguagem é escrita em cima da outra – razão pela qual…esse 2º idioma do DNA permaneceu oculto por tanto tempo… – Na prática, os dados contidos no novo código escondido do DNA praticamente dobram as ‘informações genéticas’ – como explica Stergachis:

‘Por mais de 40 anos presumimos que…mudanças no DNA que afetam o código genético impactam apenas no modo como as proteínas são feitas. Sabendo agora – que este pressuposto básico sobre a leitura do genoma humano omitiu metade da informação, fica confirmado o incrível poder       do DNA como dispositivo de armazenamento de informações – o qual a natureza tem explorado plenamente – das mais inesperadas maneiras.’

(Se você ainda acredita que o formato ‘dupla hélice‘ no corpo humano é exclusividade do DNA, é porque perdeu a descoberta da segunda dupla hélice no corpo humano. Mas chegou a tempo da descoberta da terceira dupla hélice agora encontrada no RNA.)

Como ocorreu o surgimento da vida?                                                                               A origem do código genético talvez seja o passo mais desafiador para se entender a origem da vida. O aparecimento de um ‘script de reprodução’ corresponde ao de um software ou memória natural. Então, que tipo de mecanismo teria essa capacidade?”

A estrutura do DNA foi descoberta usando cristalografia de raios X. Esta imagem foi gerada usando feixes de elétrons de um microscópio eletrônico. [Imagem: Gentile et al./Nano Letters]

A estrutura do DNA foi descoberta usando cristalografia de raios X. Esta imagem foi gerada usando feixes de elétrons de um microscópio eletrônico. [Imagem: Gentile et al./Nano Letters]

A passagem do ‘inorgânico’ para a vida inicia-se num ‘meio disperso’, encontrando seu “foco” dentro do ambiente celular. A montagem de moléculas menores… — para uma estrutura maior…deve ter se dado evolutivamente, em um ambiente competitivo de “seleção natural”,   não parecendo ter se originado… apenas por ‘processos aleatórios’.

A ‘molécula do DNA‘ tem bilhões de átomos, número imensamente maior… do que outras ‘moléculas orgânicas’ menores… Tal salto de continuidade…sugere que a molécula de DNA tenha se formado em processo específico…articulando grande nº de elementos, simultaneamente. Responsável pelo crescimento…e reprodução dos organismos… — esse “código genético universal” (de ‘ácidos nucleicos‘ contém todas informações das sequências de aminoácidos que constituem as proteínas.

Ácidos nucleicos são a base da “replicação“; e “proteínas“, a base do metabolismo. A vida como conhecemos está baseada em ácidos nucleicos, DNA e proteínas. – Estes compostos são responsáveis pela ‘bioquímica da vida‘. DNA estoca a informação genética passada geração a geração…Essa informação — codificada no DNA — é transcrita no RNA (ácido ribonucleico)…o material genético básico encontrado nos ribossomas das células, que serve como intermediário na criação das proteínas – necessárias para a formação de elementos estruturais em tecidos e enzimas. Grosso modo, o processo de “síntese proteica” se baseia na transcrição das informações do DNA para o RNA mensageiro – e na tradução em proteínas. – Por sua vez… as proteínas controlam a “catálise” – e a replicação do DNA.

Esse processo é tão complexo, que teria que ter passado por estágios               mais simples em fases anteriores…Assim, como ele teria se iniciado?

Há uma hipótese, chamada de ‘mundo de RNA’, de que este teria sido a primeira molécula ativa na origem da vida…Contudo, o RNA também é tão complexo, que já existe a hipótese de um mundo pré-RNAE assim, considerando que a ‘bioquímica’ que conhecemos ainda não nos dá pistas sobre a química primordial… teríamos que investigar novas perspectivas. Outra vertente admite que o metabolismo pode ter vindo antes do código genético. A ideia geral desse ponto de vista é que é possível que haja uma organização considerável na própria sequência de reações químicas…sem precisar de um “código genético primordial”. Essa perspectiva porém ainda carece de evidências experimentais, pois parece improvável que ‘polímeros longos’ e reações complexas possam se organizar de uma forma autônoma. Apesar de haver quem pense num princípio de ‘auto-organização operando nesse sentido.

Quando ocorreu o surgimento da vida?                                                                           Pela paleontologia, fósseis microscópicos de bactéria e algas datando de 3,8 bilhões de anos são a evidência mais remota de vida na Terra. Portanto, cerca de 1 bilhão de anos após a formação do planeta Terra… – a evolução molecular já havia originado a vida”.

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‘Uma dinâmica de 3,8 bilhões de anos’

É comum se pensar que algo tão complexo quanto a vida…exigisse processos… que só raramente ocorressem… demandando por isso … tempos extremamente longos, para alguma chance de ocorrer. – Dados atuais, contudo… indicam que isso não é verdade. Surgida nas 1ªs eras geológicas da Terra… a formação rochosa ‘ISUA’  (Groenlândia), com 3,8 bilhões de anos… é uma das mais antigas, com um padrão típico das rochas formadas no processo tectônico de placas; pelos ‘blocos rochosos’ da crosta terrestre.

Muito embora não possua “organismos fósseis”, há  indicação de ‘contaminação biológica’. O grafite nela encontrado tem teor ‘13C’ (isótopo do carbono, com viés orgânico)…Ainda não se encontrou outra explicação… a não ser a fotossíntese… para essa “anomalia do carbono“… Um outro dado que aponta para a fotossíntese em épocas remotas… – são os imensos depósitos de óxido de ferro (banded iron formation: “BIF”), os mais antigos com aproximadamente 3,7 bilhões de anos de idade. Nessa época não existia oxigênio livre na atmosfera. – A oxidação do ferro deve ter se dado pelo oxigênio liberado nos oceanos, ao longo da atividade de “algas fotossintetizantes“… e assim… – consumido ‘localmente’.

Se as rochas de ‘Isua‘ e os ‘BIF‘ indicam existência de vida … esta pode ter surgido antes de 3,8 bilhões de anos – dado que a fotossíntese…por ser um processo muito complexo, não deve ter sido a primeira forma de produção de energia. Portanto… o ‘ancestral comum‘ deve ter surgido antes disso.

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A vida na Terra surgiu, ao findar a “chuva meteórica esterilizante”, aproximadamente, aos 700 milhões de anos.

Mais um motivo para recuar o aparecimento do progenota para antes dos 3,8 bilhões de anos, é que os 300 milhões de anos seguintes – parecem ser extremamente curtos…para a vida alcançar aquele ‘nível de complexidade‘ da cianobactéria, em relação aos organismos que formaram os estromatólitos Mas, não podemos recuar a origem da vida para tempos muito anteriores… A Terra se formou há 4,56 bilhões de anos, e há 4,46 bilhões já tinha crosta sólida; água tinha chovido das nuvens para formar os oceanos…e a atmosfera tinha temperatura aceitável… – Mas, nos primeiros 700 milhões de anos, ela foi castigada por bombardeio de asteroides… tendo alguns fragmentos — centenas de kms de diâmetro.

Uma colisão dessas vaporizaria os oceanos e aqueceria tanto a atmosfera, que levaria mais de mil anos para chover de novo. — Se já existisse vida na Terra nessa época, ela teria sido destruída – não uma…mas muitas vezes. Ela só poderia ter se arraigado, de forma estável, após o fim da ‘chuva de meteoros esterilizantes’…ou seja há menos de 3,9 bilhões de anos.

Isso deixa uma janela de menos de 100 milhões de anos, para a vida… a partir do zero, atingir o estágio de produção de energia por fotossíntese.

Entretanto, se descartarmos o diferencial de 13C…ou os BIF como ‘indício de vida’… – o intervalo de tempo necessário à vida se formar, e evoluir até ao nível de complexidade da cianobactéria, sobe para 400 milhões de anos. Desde então, ‘formas de vida‘ sofreram muitas mutações, multiplicaram sua diversidade…e a “evolução darwiniana” selecionou as formas de vida mais adaptadas às condições climáticas variáveis da Terra. Porém, não mais aconteceram saltos de complexidade que se comparassem ao inicial…do inorgânico ao vivo. Assim, a evolução humana, em toda sua complexidade levou 3,9 bilhões de anos;   a partir do fim do ‘bombardeio meteorítico’, até o surgimento do ‘Homo Sapiens’ (há 125 mil anos atrás); sendo que…a civilização, com o fim da última idade glacial, tem ‘apenas’ 10.000 anos. – Já em relação à Idade da Terra, foram necessários 4,5  bilhões de anos para a vida inteligente evoluir, e menos de 400 milhões, para a vida microscópica iniciar.

Sendo uma ‘janela de tempo’ de centenas de milhões de anos tão pequena, indica que esse ‘salto vital’ não é tão difícil, ou improvável para a natureza. A ‘seleção natural cumulativa’, por sua vez requer um tempo muito mais longo, pois a ‘vida inteligente’ necessita de mais de centenas de bilhões de células diferenciadas… — num organismo altamente complexo. 

Onde surgiu a vida?…

Na verdade, a janela para a origem da vida — se ela se iniciou na Terra, pode ser bem menor do que os 400 milhões de anos … antes indicados.

Uma escala de tempo … muito mais curta poderia ser obtida do fato que “reações químicas“… — produtoras de grandes moléculas (“polímeros”) são reversíveis. Em escala de dias,  a meses a maioria dessas moléculas primordiais, em um meio aquoso … reverteria para componentes mais simples… E isso só seria evitado, se grandes moléculas fossem retiradas do meio líquido, logo que formadas… E, de fato esse cenário funcionaria, se a vida tivesse surgido nas plataformas continentais… – e não… no fundo dos oceanos…Contudo, as “placas litosféricas” (camadas superficiais da Terra que formam continentes)  no início, ainda estavam submersas, sendo portanto, maior a probabilidade de que a vida na Terra surgisse no fundo dos oceanos.

Oparin sugeriu que coacervados (sistemas coloidais, em estruturas fechadas), formados espontaneamente por polímeros (moléculas com longas cadeias de carbono) em solução aquosa, tenham constituído a membrana de uma “protocélula. Outra forma de evitar a reversibilidade seria encerrar as macromoléculas em membranas…tipo ‘paredes celulares’  (ainda não havia as células atuais, mas poderia haver membranas formadas em processos inorgânicos)

Não obstante, mesmo depois de escapar da “reversibilidade“…os componentes da vida primitiva ainda encontrariam outras “armadilhas fatais”, tais como “fontes termais no fundo dos oceanos. Estas reciclam um volume igual ao dos oceanos atuais, em 10 milhões de anos. A água “super-esterilizada” sai dessas fontes hidrotermais com T>350ºC, sendo que, quando o interior da Terra era mais quente, tal processo era bem mais intenso…e, os tempos de reciclagem muito mais curtos. Esses limites ‘imponderáveis’, aliados a “janela” tão restrita direcionam naturalmente a formação de elementos básicos da vida ao espaço.

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Espectro da Terra no infravermelho médio, mostrando uma ‘banda molecular’ de ozônio na atmosfera – considerado sinal inequívoco de atividade biológica (fotossíntese). [ESA]

Os indicadores de vida

Os projetos atuais de busca de vida extraterrestre seguem uma linha científica clássica…Resultados são esperados, para uma escala de tempo de uma a 2 décadas, e poderemos estar vivos para vê-los; já sendo, certamente… um dos grandes temas do século XXI. Mas agora…o que se procura é a vida na forma mais comum que conhecemos na Terra, que tem habitado nosso planeta por mais tempo: ‘microorganismos… A restrição da “busca ao  trivial” tem excelentes motivos. — Para começar, micróbios contaminam atmosferas planetárias com moléculas identificáveis a longas distâncias, como ozônio (O3). (atmosfera…com camada de ozônio sem atividade fotossintética é inaceitável)

O oxigênio, por sua alta reatividade química, está ‘firmemente ligado’ a moléculas. Para ser liberado, precisa de um agente no sentido contrário ao seu “potencial químico“… Isso indica existir um processo atuando (localmente) contra o “equilíbrio termodinâmico“, o que é característica de vida. Ademais…o ozônio é decomposto pela luz ultravioleta do Sol,    e a manutenção de uma camada na atmosfera — implica constante reposição de oxigênio livre; apontando continuidade da fonte, isto é reprodução (outra característica da vida).

Já o metano, em planetas rochosos funciona exatamente como o ozônio, mas indicando atividade ‘heterotrófica’, em vez de autotrófica… – Na Terra…as ‘capas de metano’ são produzidas por ‘bactérias anaeróbicas’ em aterros sanitários, no intestino de animais ou     no material orgânico em decomposição. Porém, no caso de ‘planetas gasosos’, o metano     é de “origem abiótica”…e portanto sua presença não é indicador de “atividade biológica”.

A lição que os últimos 100 anos de pesquisa nos ensinaram é que, até nos organismos mais simples…”unicelulares”…acontecem milhares de “reações químicas” ligadas à vida. E ao conjunto de tudo o que se sabe sobre essas reações dá-se o nome de bioquímica, ramo da biologia desenvolvido a partir da metade do século 19… – Algumas de suas “características essenciais”, verdadeiras “leis (universais) da vida”  são encontradas em todos seres que habitam nosso planeta.

estructura general aminoacidosDuas dessas leis merecem “especial atenção”. – A primeira… é o fato de todos ‘seres vivos’ que conhecemos serem compostos por ‘carbono‘ em arranjos de pequenos tijolos, assim denominados aminoácidos… – que representam ‘unidades estruturais’ chamadas proteínas.

A vida na Terra é baseada em ‘carbono‘ … mas o que faz o carbono tão importante para a vida? A resposta está baseada no modo como o carbono se combina com outros elementos químicos para formar moléculas … Por ser um elemento químico particularmente versátil, pode se ligar com 4 átomos de uma só vez. Tal capacidade faz com que átomos de carbono formem uma variedade quase sem fim de longas cadeias, variando em tamanho e formato.

Além disto, um átomo de carbono pode usar 2 de suas ligações para se unir a um mesmo átomo, ou seja, pode fazer ligações duplas. Essas propriedades fazem com que o carbono consiga formar moléculas diferentes com o mesmo número de átomos, apenas alterando   a configuração dos átomos envolvidos. – Essas moléculas, genericamente, são chamadas de moléculas orgânicas, e as mais simples delas são as que possuem — além do carbono, apenas átomos de hidrogênio (hidrocarbonetos). E, como resultado do “metabolismo” do carbono, forma-se o famoso herói e vilão ‘dióxido de carbono’, que…como gás, possui grande mobilidade. Desse modo…pela importância do carbono na vida que conhecemos, logo de cara… é nele que nos baseamos para procurar vida fora da Terra. (C. L. Barbosa)

A segunda característica é o papel igualmente fundamental da água líquida no metabolismo  dos seres vivos…A água atua no transporte de moléculas entre as diferentes partes da célula, participando assim… – das ‘reações químicas’ necessárias, e fundamentais à vida. Por isso a descoberta de qualquer sinal de ‘água líquida’ em um “meteorito“… causa tanta comoção no ‘meio científico‘… – pois sua presença… é um ‘prognóstico‘ muito favorável. – É a chamada abordagem…siga a água” – conhecida como a estratégia mais promissora…de “caça à vida extraterrestre”, que teve seu início…com mais desenvolvimento tecnológico a partir de 1990.

Qualquer ‘microrganismo’, para sobreviver, tem de transformar alimento disponível em energia. Esse alimento, qualquer que seja, deve ser metabolizado para que se torne uma forma de energia útil, capaz de manter o microrganismo vivo. O processo envolve várias etapas, como captação, reações químicas, e troca/produção de muitas substâncias. Para isso acontecer no nível celular, é preciso um meio (líquido) em que haja disponibilidade desses materiais para transitarem com facilidade até os microrganismos, e dentro deles.

Esse ‘meio líquido‘ deve agir de 3 maneiras… 1º) para metabolizar nutrientes é necessário que “compostos orgânicos estejam disponíveis… — fluindo para dentro das células. 2º) o líquido deve também carregar ‘resíduos metabólicos’ nocivos para fora… caso contrário, o microrganismo se envenenaria… E…3º) participar das reações na “produção de energia“.

Por que a água é a melhor substância para executar esses serviços?… Porque a água permanece líquida numa amplitude relativamente grande de temperatura…de zero a      100 graus (sob a pressão de 1 atmosfera… – para pressões maiores… – a água ferve a temperaturas superiores a 100 graus)… E também, porque o gelo flutua. – Quando a      água congela, não afunda, fica na superfície, com isso forma-se uma ‘capa protetora’, impedindo, por exemplo, que todo o lago se congele. (Não sendo assim, ao se formar          o gelo iria para o fundo, a superfície voltaria a congelar, e afundar novamente… Esse    ciclo iria perdurar, até que todo o reservatório congelasse) Com essa ‘capa protetora’,          a temperatura da água ainda se mantém a níveis aceitáveis…para progressão da vida.

molécula polar - água

Além de tudo isso a “molécula d’água” possui uma característica interessante. Apesar de eletricamente neutra, sua distribuição de cargas não é homogênea, ou seja … as cargas positivas estão concentradas em um ponto… e as negativas… estão em outro lugar da molécula. – Moléculas com essas características são ditas “moléculas polares“… Tal separação de cargas, afeta a forma da água dissolver outras substâncias… e é fundamental para a vida na Terra. – Membranas celulares são compostas por… – lipídios e proteínas, que não se dissolvem na água, porém permitem que “moléculas d’água” as atravessem… – para fazer o transporte dos nutrientes … e resíduos.

Mas, não existiriam mais substâncias na natureza com tais características? Há outras 3 substâncias, mas não tão adequadas: amônia, metano… etano.

Logo de cara, as três têm a desvantagem de afundar ao congelar…Amônia e metano devem existir em ambientes com pouquíssima variação de temperatura – mas…pior que isso, as 3 substâncias estão em estado líquido somente em temperaturas muito baixas. Isso dificulta as reações químicas… pois quanto mais quente for o meio…mais rápido será o movimento das moléculas, e mais fácil a reação…Como regra  geral, a velocidade das reações químicas dobra a cada aumento de 10 graus Celsius. – Em temperaturas tão baixas, o metabolismo dos microrganismos que vivem em tais líquidos será muito mais lento…Além disso, as três substâncias, por não terem uma separação de cargas tão forte quanto a água, dissolvem as membranas celulares.

E também vale lembrar que a água deve ser uma substância muito comum, não só no Sistema Solar… Isso porque, os elementos químicos mais comuns no Universo são, pela ordem…hidrogênio, hélio, e oxigênio. (C. L. Barbosa)

Teoria geral da vida

O que é vida?… Um simples fluxo de energia, matéria…e informação? – A habilidade de se ‘comunicarcom o mundo?… – Um “sistema químico” auto-suficiente capaz de passar por uma ‘evolução darwiniana’?… Ou, a simples propriedade que surge espontaneamente…ao  se juntar um monte de moléculas complexas?

Ninguém sabe!… – A verdade é que a biologia ainda não elaborou uma definição inequívoca do que é um “ser vivo“… E os cientistas ainda não estão, nem perto de um consenso sobre o “conceito de vida”. Entretanto, a vida – como   a conhecemos – parece ter altíssimaprobabilidade” de existir…Ela não só apareceu logo no início da Terra, como manteve-se em expansão… – mesmo sob a ação de “catástrofes globais“… – como “vulcanismo” … “eras glaciais” … queda de “grandes meteoritos” … etc.

Quanto menor a escala de tempo, mais simples deve ter sido o processo de origem da vida. Na Terra, ela se instalou tão cedo, e tão rapidamente, que parece ser um mero subproduto da formação planetária. Isso abre enormes perspectivas de que ela também tenha surgido em outros planetas…que só na nossa galáxia, devem ultrapassar a casa dos trilhões… Mas,  o conforto que assim se ganha aumentando a janela de tempo para 10 bilhões de anos…ao multiplicarmos a diversidade de situações físicas e químicas possíveis… – por um número incontável de planetas… – se perde pelo imenso ‘isolamento cósmico’ dos astros…além da exiguidade de mecanismos viáveis de transporte de “seres vivos”…de um lugar para outro.

É possível que, a princípio…não encontremos qualquer sinal de vida (para grande deleite dos ‘criacionistas’…contrários à teoria evolutiva), mas o progresso científico só tem como escolha a produção de testes que possam contradizer suas premissas teóricas… Existindo sinais positivos, aí se iniciará o estudo de cada tipo particular de vida…e seria pura ficção especular quais vão ser as técnicas empregadas para tal. Nesse sentido, uma “teoria geral da vida” não é esperada para tão cedo… Todavia, se há uma “coisa certa”…é que o avanço tecnológico e científico sempre superou expectativas… e chegou antes do que se esperava.

E, de fato, a procura por vida microscópica no sistema solar já se iniciou… em Marte… Tal interesse se explica devido à sua proximidade…e, pela evidência de condições favoráveis à “vida microbiótica”… considerando a possibilidade de… – há centenas de milhões de anos, “oceanos marcianos”… com uma temperatura atmosférica bem mais amena… – O  fato do planeta ter congelado há mais de 3,5 bilhões de anos, indica que, se vida existiu por lá, foi interrompida logo em seu início… – a menos que tenha sido transplantada para cá (Terra) a bordo das 40 bilhões de toneladas… – dos inúmeros meteoritos que por aqui aportaram.  Se, por ventura… lá encontrarmos algum tipo de ‘microrganismo’ (ainda que fóssil)…’tipo terrestre’ – teremos tal confirmação… pela possibilidade de contaminação nas 2 direções. 

Mas então, sendo assim…o ‘Santo Graal’ da procura da vida está nos planetas rochosos como o nosso?…Talvez sim. Pelo fato de que a contaminação por produtos da atividade biológica é facilmente visível nas tênues (rarefeitas) atmosferas dos ‘planetas rochosos’, bastará passar a luz destes planetas pelo ‘espectrógrafo‘ – e procurar as assinaturas do ozônio e do metano. Os elementos químicos básicos que a vida requer estão entre os mais abundantes do Universo… – que… com 2 bilhões de anos de idade (há cerca de 12 bilhões de anos atrás) já tinha produzido elementos em todas casas da tabela periódica.

Nessa época, já havia enorme quantidade de água…e moléculas complexas iniciaram a se formar, como se vê nas ‘nuvens interestelares’ (moleculares).

O estudo da vida no contexto astronômico é relevante por diversos motivos… – O mais fundamental deles, é que nunca teremos uma ‘teoria geral da vida‘ … enquanto ‘apenas’ conhecermos o ‘exemplar terrestre’. – Com efeito… até o “sistema solar” é pouco relevante nesse caso, em que precisamos de uma vastíssima gama de exemplos diferentes. – Ou seja, para vasculhar grande número de planetas…precisamos observar incontáveis estrelas. – A multiplicidade de situações permite fazer previsões – e…passar a teoria pelo crivo do teste empírico. Assim, só a descoberta de vários exemplares de “Vida Alienígena” nos permitirá ver o que é fundamental, e o que é secundário no fenômeno. – E…só então poderemos ter estatística suficiente – para saber se o Universo é tão “biófilo” … quanto nos parece hoje. 

Outro motivo é que as informações sobre as condições físicas e químicas da Terra, quando  a vida aqui se estabeleceu, estão perdidas para sempre… Contudo, a observação de outros astros nos permite rever o passado, pois tudo o que vemos no espaço, são acontecimentos, que…quanto mais distantes, mais antigos no tempo… – A luz atravessa o espaço, de modo análogo à ‘rocha‘ que atravessa o tempo… – trazendo “registros fósseis“… – No espaço, existem inúmeros planetas, em diversos estágios de formação… – que permitirão rever as etapas evolutivas pelas quais a Terra passou… – como se fosse uma “viagem no tempo“.

Olhar para o céu…é testar o pressuposto básico do “evolucionismo”… – que assume a vida como um fato natural, inerente aos meios de transformação da matéria…e dissipação de energia… – Assim, qualquer outro planeta em condições físicas semelhantes à Terra teria a mesma chance de gerar vida.

‘Origens da Vida’ – (Augusto & Daniel Damineli)  • • • ‘As Origens da Vida’ – (IF/UFRGS)  ‘origem da vida era inevitável’  • ‘fragmentos de DNA no meteorito…e a busca pela origem da vida’ • ‘Novo estado quântico da água’ • ‘Origem da água na Terra’ • ‘Água no Universo Primordial’ ••• ‘Água na Terra…mais antiga que o Sol’ ••• ‘Água e moléculas orgânicas em asteroide’ •• ‘Porque a água é importante para os seres vivos’ •• ‘Ressonância do carbono’ •• Monóxido de carbono no espaço •• Vida inorgânica no espaço •• “Vida veio do Espaço”  *****************************(texto complementar)*********************************

Uma nova teoria para a origem da vida                                                               Hipóteses populares vêem o surgimento da vida de uma sopa prebiótica…com imensa quantidade de raios, e tremendo golpe de sorte. Mas esta, pode ter um papel mínimo…    se a sua origem…e evolução… seguirem um padrão de leis fundamentais da natureza’.

Sem título

Simulação gráfica mostra um sistema de partículas confinadas dentro de um líquido viscoso do qual as partículas destacadas de turquesa são estimuladas por uma força. Depois de um tempo (da esquerda para direita), a força provoca a formação de mais ligações entre as partículas. (Imagem: Jeremy England)

No ponto de vista físicohá uma diferença essencial entre “seres vivos”…e um conjunto  inanimado de átomos de carbono…Os seres vivos tendem a ‘absorver‘ uma quantidade bem maior de energia do seu ambiente… – para então…dissipá-la… na forma de ‘calor’.

Com base numa física já conhecida, Jeremy England, professor do Massachusetts Institute of Technology (“MIT“), desenvolveu uma fórmula matemática…pela qual acredita explicar esse potencial. – Essa fórmula indica que, quando um grupo de átomos é guiado…por uma fonte externa de energia (como o Sol ou combustíveis químicos)…e, cercado por um meio que conserve calor (como oceano… ou, atmosfera) ele tende gradualmente a se estruturar, dissipando cada vez mais energia… O que, em última instância, poderia significar que, sob  certas condições especiais…a matéria – inadvertidamente… pode adquirir o atributo físico associado à vida… Como assim explicou England“A partir de um aglomerado aleatório de átomos, expostos à luz solar por um certo período…não seria surpresa se daí surgisse uma planta…E assim, a ‘evolução’ seria um caso específico de um fenômeno físico geral”.

Portanto, ao invés de substituir a ‘teoria evolutiva’ de Darwin…sua teoria a fundamenta. Não obstante os resultados teóricos considerados válidos… tal ideia tem gerado polêmica.

Entropia em processos termodinâmicos

Na sua monografia “O que é vida?”, em 1944, o grande físico quântico Erwin Schrödinger argumentou que…uma planta – por exemplo…absorve a luz solar para produzir açúcares, ‘ejetando‘ luz infravermelha. – Assim, durante a fotossíntese (à medida que a luz solar se dissipa) a entropia total do sistema aumenta — e… é justamente isto, o que os seres vivos precisam para sobreviver… – A vida, assim…não viola a ‘Segunda Lei da Termodinâmica’.

Contudo, até a pouco… físicos eram incapazes de explicar o surgimento       da vida pela termodinâmica. À época de Schrödinger, apenas equações aplicadas a ‘sistemas fechados’ (em equilíbrio) poderiam ser resolvidas.

Na década de 60 porém, o físico/químico Ilya Prigogine obteve progressos, ao prever o comportamento de sistemas abertos… movidos por ‘fontes de energia internas’ (com isso ganhou o ‘Nobel de Química’, 1977). Todavia, o comportamento de sistemas longe de um equilíbrio, conectados com o ambiente externo — e fortemente influenciados por “fontes externas de energia” continuavam imprevisíveis… – E…essa situação só veio a mudar na década de 90 devido principalmente aos trabalhos de Chris Jarzynski e Gavin Crooks.

Eles mostraram que a entropia produzida por um ‘processo termodinâmico’…tal como o resfriamento de um copo de café…corresponde a uma simples razão – a probabilidade de que os átomos vão submeter-se a tal processo, dividida pela probabilidade deles sofrerem o processo inverso– A princípio, tal fórmula pode se aplicar a todo e qualquer processo termodinâmico; independendo do quão rápido, ou longe do equilíbrio o fenômeno esteja.

origem da vida

 “Auto-replicação”

England é graduado em Física e Bioquímica…e começou suas experiências nos laboratórios do MIT há 2 anos…aplicando seus conhecimentos       de Física Estatística em Biologia… Utilizando a formulação de Jarzynski e Crooks…ele derivou uma generalização da…”2ª lei termodinâmica”, atribuindo, a alguns “sistemas de partículas”… ‘certas características’ — não muito especiais…   Tais sistemas seriam movidos por uma…’fonte externa de energia’ … tipo “eletromagnética”…podendo descartar calor no ambiente (…classe   na qual se incluem… — todos os “seres vivos”.)   England verificou então quanto estes sistemas tendem a evoluir ao longo do tempo, à medida que a irreversibilidade aumenta… E, afirmou: “Podemos mostrar, de forma muito simples — a partir de uma fórmula exata…que os “resultados evolutivos” vão ser aqueles que, com o tempo, absorvem e dissipam mais energia para o ambiente externo”.

As descobertas têm um ‘senso intuitivo’ — partículas tendem a dissipar mais energia quando estimuladas por uma força motriz… – o que significa que os aglomerados de átomos imersos em um meio – como a atmosfera ou o oceano – à certa temperatura, tendem… ao longo do tempo…a se organizar ‘em sintonia’ com as fontes de trabalho mecânicas, eletromagnéticas ou químicas de seus ambientes. E sendo assim, a ‘auto-replicação’ (ou reprodução, em termos biológicos) é o processo que move a evolução        da vida na Terra – um mecanismo pelo qual, qualquer ‘sistema físico/químico’ pode dissipar crescente quantidade de energia ao longo do tempo. Como explica England:

“Uma boa forma de se dissipar energia… é fazer cópias de si mesmo”.

Em seu paper ele informa que o mínimo teórico encontrado — para que a dissipação possa ocorrer durante a auto-replicação das moléculas de RNA… e células bacterianas — é muito perto dos reais valores de dissipação que esses sistemas podem ter enquanto replicam. Ele também mostrou que o RNA – o ácido nucleico’… – que muitos cientistas acreditam ser o precursor do DNA, é particularmente um material simples…e ‘barato‘.

“Uma vez que o RNA surgiu (ele argumenta) – a sua                                     ‘aquisição darwiniana não deve ser surpreendente”.

Princípio da adaptação (à dissipação de energia)

A química da sopa prebiótica…mutações aleatórias…geografia, eventos catastróficos, e outros inúmeros fatores contribuíram para os detalhes da diversidade da fauna e flora do planeta. Mas, de acordo com a teoria de England, o princípio subjacente que conduz todo processo é resultado da adaptação orientada à dissipação da energia… Princípio este, que também se aplicaria à matéria inanimada.

Cientistas já observaram a “auto-replicação” em sistemas inanimados. Conforme uma nova pesquisa liderada por Philip Marcus da Universidade da Califórnia/Berkeley, e divulgada naPhysical Review Letters‘… – vórtices em ‘fluidos turbulentos’ replicam-se espontaneamente através da energia da matéria ao seu redor. – Noutro paperMichael Brenner, professor de Física e Matemática Aplicada em Harvard…apresentou modelos teóricos, e simulações de microestruturas auto-replicantes. – Microesferas aglomeradas, especialmente revestidas – dissipam energia(nesses modelos)…  estimulando esferas próximas a formar aglomerados idênticos.

Brenner diz que espera conectar a teoria de England com suas próprias construções de ‘microesferas e determinar se a teoria prediz corretamente os procedimentos para a ocorrência da auto-replicação, e auto-montagem… — Segundo ele…  ‘Obter um princípio evolutivo fundamental da vida daria uma perspectiva mais ampla sobre o surgimento, nos seres-vivos, de sua estrutura e função’.

Organização estrutural

Além da auto-replicação, a “organização estrutural” é outro meio através do qual  sistemas são fortemente impulsionados para dissipar energia…Uma planta, por exemplo, é melhor em capturar e rotear a energia solar através de si, do que um aglomerado de átomos de Carbono não estruturados. – Desse modo… England argumenta, que a matéria — sob certas condições… espontaneamente, se auto-organizará… – Tal tendência… poderia então… explicar a “ordem interna” dos seres-vivos… – e, de muitas estruturas inanimadas…Flocos de neve, dunas de areia e vórtices turbulentos, todos têm em comum serem estruturas completamente moldadas através de “sistemas de partículas” conduzidos por ‘processos dissipativos’; dos quais são exemplos relevantes…condensação, vento, e resistência do ar .

A ideia ousada de England, muito provavelmente, irá sofrer um exame bastante detalhado nos próximos anos. – Por enquanto…ele está trabalhando apenas com simulações gráficas em seu computador para testar sua teoria…de que os sistemas de partículas adaptam suas estruturas para facilitar a dissipação de energia. O próximo passo será fazer experimentos em sistemas reais… Mara Prentiss, que dirige, em Havard, um laboratório de ‘Biofísica Experimental’, diz que… – a teoria de England poderia ser testada a partir da comparação de células com diferentes mutações – procurando a ‘correlação’ entre… – a quantidade de energia que as células dissipam…e suas taxas de replicação… E, ela ainda argumenta que:

“É preciso ter cuidado, pois uma mutação poderia ter resultados diferentes. Mas, se vários desses ‘experimentos’ forem feitos em diferentes sistemas, de fato correlacionados, significaria que o princípio de organização é correto”.

Segundo Ard Louis, biofísico da Universidade de Oxford: “A ‘seleção natural’ não explica certas características, entre as quais se incluem, uma “mudança hereditária” na ‘expressão genética’…a chamada metilação (maior ‘complexidade’ em ausência de ‘seleção natural’) e,  ainda…certas mudanças moleculares. – Seria bom liberar os biólogos para que busquem a explicação darwinista para todas as adaptações. — Isto os permitiria pensar de modo mais geral… – em termos da organização orientada pela dissipação… Eles poderiam achar…por exemplo — que a razão por que determinado organismo demonstra certa característica X, ao invés de Y, talvez não seja por X ser mais capaz que Y… – mas sim… porque restrições físicas (ambientais) tornaram mais fácil evoluir para X… – do que para Y“… (‘texto base’)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
Esse post foi publicado em cosmobiologia e marcado , , , , , , , . Guardar link permanente.

3 respostas para Na ‘Maré Montante’ da ‘Vida Cosmológica’

  1. JMFC disse:

    Mais um excelente e brilhante artigo!
    Para ler com toda a atenção e com o tempo devido.
    Parabéns!

    Curtir

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