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 tipos de regras levam à emergência espontânea de configurações ‘autorreplicantes’ no universo… – Ou seja, que leis físicas tornam esse primeiro passo rumo à vida não só possível, mas inevitável?”… (Ian Stewart — ‘Em Busca do Infinito’)

“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)

A origem da vida era inevitável?…a vida tem uma função análoga à do relâmpago — permitir a dissipação de energia acumulada. — Dessa forma, todos planetas… em condições semelhantes às da Terra, inevitavelmente…acabarão desenvolvendo, cedo ou tarde…pelo menos, seus estágios iniciais.

…Ao longo do último século, 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 a vida, muito menos previsões acerca da existência de formas desconhecidas  —  a serem descobertas.

‘Ainda não existe uma ‘Teoria Geral da Vida‘…    e isso restringe nossa capacidade em entendê-la’.

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 a forma de diversos tipos de moléculas, e que a vida (por metabolismo) foi o canal encontrado para dissipar essa energia — do mesmo modo que raios dissipam potencial elétrico… — e furacões dissipam variações de temperatura.

“Um estado da geosfera que inclui a vida…torna-se mais provável que um estado puramente ‘abiótico’… – já que os seres vivos atuam consumindo a energia acumulada no ambiente. Desse modo, o seu surgimento teria sido um ‘colapso’ … — visando a uma maior estabilidade no planeta“.

Perspectiva evolucionista

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:

  1. Organização: em células
  2. Metabolismo: transformações químicas à custa de energia
  3. Crescimento: transformação de materiais do meio para componentes do corpo
  4. Reprodução: cópias do organismo mediante transferência genética
  5. Mutação: mudanças das características individuais
  6. Evolução: Reprodução da mutação, capacidade de adaptação

charles-darwinCharles 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 desse origem a proteínas, que se transformariam em ‘compostosmais complexos … até 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… a partir das ideias de Alexander Oparin (1894-1980) que, em seus trabalhos, tentou entender a “origem da vida” como parte da evolução de ‘reações bioquímicas na ‘Terra prebiótica’, em uma competição e seleção darwiniana.

Esta evolução, que 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 os filos genéticos (arquiteturas corporais) existentes hoje, surgiram na chamada explosão do Cambriano, que ocorreu por essa época, e se caracteriza pelo aparecimento dos ‘seres multicelulares‘.

microfósseis pré-cambrianos

No período pré-Cambriano (… era geológica anterior a 570 milhões de anos atrás) os seres eram ‘unicelulares‘… – o que tornou muito difícil a formação de fósseis… — e sua descoberta microscópica.

Os fósseis de  ‘microorganismos’ foram rastreados até um passado tão remoto quanto 3,5 bilhões de anos atrás… São encontrados em ‘agregados rochosos’… habitados por ‘colônias de bactérias’ (ainda hoje)…os chamados ‘estromatólitos (formação rochosa de carbonato de cálcio…a partir de algas mortas depositadas nas águas rasas dos oceanos), como os da formação chamada de Apex, no oeste da Austrália (acima).

Estes apresentam 11 tipos diferentes de fósseis, mostrando como células se dividiam           e multiplicavam. Suas formas são indistinguíveis das ‘algas fotossintéticas‘ atuais (cianobactérias)… — que continuam a proliferar em diversos 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 recuar nossos estudos para ainda mais atrás no tempo?… — 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… elas 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 pré-biótica                                                                                                           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, em vez de falar em vida de modo genérico…o conceito de organismo vivo é bem  mais operacional.’

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 uma garantia extra de fidelidade, providenciando duas cópias de cada informação genética. Se só existissem as forças mantenedoras da identidade, não existiria a diversidade biológica.

Contudo, existem processos que levam a imperfeições na reprodução. — Esses são ‘erros aleatórios’…naturais em qualquer processo de cópia — em razão de agentes químicos, da radioatividade ambiental — ou, até mesmo…dos ‘raios cósmicos’ provenientes 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.

Atrás de sua enorme diversidade de formas, cores e tamanhos, os organismos atuais mostram características muito similares, que servem de parâmetros importantes para entender sua origem. Por exemplo, a água é a substância (molécula) mais abundante     da matéria viva: 70% do corpo humano, 75% de uma bactéria.

Todos os ‘seres vivos’ têm uma alta porcentagem de água,                                 o que favorece a hipótese de uma 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 a 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 proteínas tenham elementos metálicos e requeiram certos íons para funcionar, os elementos mais abundantes são, de longe, os mencionados anteriormente.   O fato de que a vida se compõe dos átomos mais amplamente encontrados na natureza, indica que ela é… simplesmente… uma expressão da ‘oportunidade’ (e não um milagre),   que pode se realizar com materiais arbitrários, inclusive raros.

Embora bactérias, baleias, palmeiras e elefantes sejam, na forma, tão diferentes entre si, são extremamente parecidos quimicamente. – As ‘moléculas simples’ se combinam para formar ‘moléculas maiores’ — os ‘monômeros — subunidades moleculares… que, acopladasformam longas cadeias (polímeros)como os nucleotídeos, e os 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 eles 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.)

árvore

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 a separação.

Assim, pode-se construir uma árvore…cujo comprimento do ramo é proporcional ao nº de mudanças sofridas… – Ela é conhecida como:   árvore filogenética universal’.

Nota-se que,  embora as plantas e animais sejam as formas mais familiares de vida para nós, elas perfazem somente dois dos vinte ramos da árvore da vida. —  Além desses dois, somente os 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 os ramos se unem a um ramo único numa região entre bacteria e archea. Esse ramo teria sido o do último ancestral                   comum (denominado ‘progenota).

A árvore filogenética concorda bem com o estudo de fósseis…podendo 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 outro ramo. Os tempos de divisão dos ramos, porém, não são medidos com precisão, pois as ‘taxas de mutação’ são irregulares com o tempo.

Outro aspecto da ‘árvore universal‘ 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.

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). 

Da mesma forma… – “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 que depois se subdividiram em ramos secundários. Apesar disso, vamos continuar   a falar do ancestral comum – independentemente dele ter aparecido como um único tipo de organismo… – ou de ter sido o resultado de uma aglutinação de linhagens diferentes.

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 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, os hipertermófilos teriam se adaptado às altas temperaturas, e não se formado nelas…Isso, somado à maquinaria complexa que esses já apresentam, indica que eles não poderiam ter sido a primeira forma de vida.

Na 1ª metade do século passado, imaginava-se que a vida já teria se iniciado fabricando seu próprio alimento (autotrofismo) como fazem hoje os seres fotossintetizantes. Na fotossíntese, o CO2 atmosférico é absorvido pela célula que, sob a ação da luz solar, e moléculas d’água, gera uma série de ‘compostos orgânicos‘, em especial açúcares como a glicose. A seguir…estes são usados para gerar energia, e fabricar 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 em dia, organismos que já nascem fabricando sua própria comida, parece mais implausível.

http://www.cdcc.sc.usp.br/ciencia/artigos/art_40/EraUmaVez.html

As propostas de Oparin e Urey                  

Na década de 1920, Oparin apresentou uma ideia, que teve grandes desdobramentos. Ele usou um cenário de evolução darwiniana lenta e gradual, partindo do mais simples para o mais complexo.

A partir dos hidrocarbonetos e da amônia, teriam sido formados outros compostos mais complexos  —  como carboidratos e proteínas.  (Processos semelhantes, num ambiente redutor, foram propostos por Haldane, mas, o ‘cenário autotrófico’, 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 surgido… é claro que precisariam ter     sido produzidos por processos abióticos (inorgânicos).

Na década de 1950, Harold Urey (1893-1981) 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 grandes massas e baixas temperaturas (distantes do Sol)…Os 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 baixamente redutores – nunca produziram quantidades relevantes de ‘aminoácidos‘.

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 capa de água, e elementos voláteis…que formaram os planetas 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? 

_  Os fragmentos que restaram da formação de Júpiter…e dos 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,    no entanto, a formação da Lua pela colisão com um planetoide (do tamanho de Marte) com a Terra, cozinhou a crosta terrestre…vaporizando oceanos trazidos pelos cometas.

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).

meteorito

Mas… enquanto é difícil encontrar ambiente favorável à formação de “aminoácidos” na Terra primitiva,         o experimento de Miller se mostra amplamente operativo…fora dela.

Alguns meteoritos… — como o tipo condrito (que caiu em Murchison,     na Austrália, em 1969), contêm boa amostra de aminoácidos (100 ppm – partes por milhão), sendo do mesmo tipo dos produzidos no experimento de Miller… — O que não é de estranhar…considerando que esses corpos se formaram na região dos planetas 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 ~40 mil toneladas/ano de poeira cometária,  e o fluxo deve ter sido milhares de vezes mais elevado nos primórdios da Terra. A questão ainda difícil de responder é,  se o aporte de aminoácidos de fora     da Terra teria sido suficiente para a origem da vida aqui.

A formação de aminoácidos nos ambientes típicos do Universo, ricos em hidrogênio molecular… é surpreendentemente fácil — tanto que 3 tipos de aminoácidos simples já foram detectados em ‘nuvens interestelares’…como a nebulosa de Orion. Aminoácidos mais complexos são bem difíceis de se identificar, mas também podem estar presentes, dada a enorme variedade de moléculas complexas contidas em nuvens moleculares.

Como não se encontrou até agora um mecanismo…ou ambiente… que desse conta de produzir toda a variedade de compostos orgânicos necessários para a vida, é possível     que a ‘sopa prebiótica terrestre‘ tenha tido contribuições de diferentes processos ocorridos na atmosfera da Terra, no ambiente interplanetário…e fontes hidrotermais.

Embora o problema de encontrar quanto cada fonte contribuiu para a ‘sopa prebiótica’ continue em aberto… – a ‘origem abiótica‘ de compostos orgânicos essenciais para a vida – como os aminoácidos… – está firmemente embasada em testes de laboratório, processos teóricos, e ‘astro-0bservações’.

A atmosfera primordial

A Terra não se formou com a mesma composição do Sol  —  pois nela faltam os elementos leves e voláteis, incapazes de se condensar na região demasiadamente quente da nebulosa solar onde a Terra se formou. 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 — sendo 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… – que poderia destruir moléculas orgânicas. A formação de moléculas complexas exigia ‘energia de radiação’ com comprimentos de onda menores que 2200Å — providos por  relâmpagos…e pelo próprio Sol… — já que não havia ainda na Terra a camada de ozônio que bloqueia a radiação ultravioleta.

O experimento bioquímico de ‘Miller-Urey’ – realizado em 1953 por Stanley Miller no laboratório de Urey mostrou que, em uma atmosfera redutora, sob ação de descargas elétricas, é possível transformar — 2% do carbono — em aminoácidos (…base das proteínas).

No experimento de Miller-Urey, o frasco de baixo contém o “oceano” d’água, que ao ser aquecido, força         o vapor a circular pelo aparato. O       de cima …  —  com metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2), e vapor d’água…contém a “atmosfera”.

Quando uma descarga elétrica (raio) passa pelos gases…eles interagem, gerando ‘aminoácidos‘… glicina, alanina, ácidos aspático e glutâmico, entre outros… (15% de carbono…do metano original, combinaram-se       em compostos orgânicos.)

Os ‘compostos orgânicos’ são simplesmente moléculas com o átomo de carbono, que     tem propriedade elétrica de se combinar em longas cadeias (polímeros). A análise de meteoritos do tipo condrito carbonáceo, e a observação de moléculas orgânicas        no ‘meio interestelar‘, corroboram a ideia de que os compostos orgânicos podem ser sintetizados naturalmente.

Em 1959, Juan Oró (Universidade de Houston/EUA), conseguiu produzir adenina, uma das quatro bases do ARN (RNA) e ADN (DNA), a partir de HCN e amônia, em uma solução aquosa…Embora a atmosfera da Terra possa não ter sido redutora em       seu início — vários aminoácidos já foram detectados em meteoritos — mostrando     que eles podem se formar no espaço.

Com efeito, muitos meteoritos apresentam aminoácidos de origem extraterrestre, que se formaram, provavelmente, por ‘adesão molecular’ … catalisada por grãos de silicato da poeira interestelar. — Centenas de moléculas já identificadas por suas linhas espectrais, foram localizadas no meio interestelar… como hidrocarbonatos aromáticos e alifáticos, álcoois, ácidos, aldeídos, cetonas, aminos e éteres. – Na 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 pelas enzimas, respectivamente. Mas de onde surgiu o RNA?”

http://www.notapositiva.com/trab_professores/textos_apoio/biologia/rnacomplexidadedavida.htm

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.

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 fosfórico.

A ideia mais aceita era que a base, o açúcar e o fosfato, originalmente, deveriam ter surgido em separado para, depois, se combinarem…formando o ribonucleotídeo.           Mas, até agora, nenhuma reação química havia sido encontrada para explicar como       eles poderiam ter se reunido… – o que levou muitos cientistas a questionar a teoria.

Síntese espontânea em laboratório – Trata-se da primeira 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 dos ambientes então existentes no planeta. – Para Jack Szostak:

“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 com a origem da vida. Abre assim esse trabalho novas direções para pesquisas, e permanecerá por anos como um dos grandes avanços na química prebiótica”.

Desde que o código genético foi decifrado, em 1960…foi assumido que seu uso exclusivo  era para gravar informações sobre proteínas. – Agora, Andrew Stergachis e colegas da Universidade de Washington descobriram que os genomas usam o código genético para escrever pelo menos 2 idiomas distintos… existindo um novo codigo escondido no DNA.  

O primeiro, que já havia sido decifrado, descreve como as proteínas são feitas, 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 assim explica Stergachis:

‘Por mais de 40 anos assumimos que, mudanças no DNA que afetam o código genético, impactam apenas no modo como as proteínas são feitas. Mas, agora sabemos que este pressuposto básico sobre a leitura do genoma humano, perdeu metade da informação. Essas novas descobertas mostram, que o DNA é um dispositivo de armazenamento de informações incrivelmente poderoso, o qual a natureza tem explorado plenamente de maneiras inesperadas.’

(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 – em uma estrutura maior deve ter se dado em um ambiente competitivo de seleção natural (evolutivo). Não nos parece que essa montagem tenha se originado, apenas por processos aleatórios…

A molécula do DNA tem bilhões de átomos, um número imensamente maior do que as outras moléculas orgânicas menores. – Esse salto de continuidade sugere que a molécula de DNA tenha se formado em processo específico…articulando grande nº de elementos, simultaneamente.

Responsável pelo desenvolvimento e a reprodução dos organismos, esse código genético universal (formado sobre ácidos nucleicos) contém todas informações das sequências de aminoácidos que constituem as proteínas. Sendo que 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. O 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.

Na verdade, ainda não está claro que tipo de molécula poderia ter formado o 1º material genético… — e, as etapas que conduziriam a um “mundo de RNA” ainda são nebulosas.

A 2ª 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 organização considerável       na própria sequência de reações químicas, sem a necessidade 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 forma autônoma.

Alguns autores porém, ainda acreditam que exista um                                     princípio de auto-organização que opere 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 da Terra, a evolução molecular já havia originado a vida’.

É comum as pessoas pensarem que, algo tão complexo quanto a vida, exigiria processos     que apenas ocorram raramente, demandando tempos extremamente longos para terem alguma chance de ocorrer. Os dados atuais 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…

Muito embora não possua organismos fósseis, há indicação de contaminação biológica. – O grafite nela encontrado tem teor de 13C (isótopo do átomo de carbono com 6 prótons e 7 neutrons),   com características orgânicas… como   as encontradas em resíduos vegetais.

(Até agora — não se encontrou outra explicação a não ser a fotossíntese… — para explicar essa “anomalia do carbono”)

Outro dado que aponta para a fotossíntese em épocas remotas – são 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. O oxigênio deve ter sido liberado nos oceanos pela atividade de algas fotossintetizantes, e consumido localmente, oxidando o ferro.

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. Assim, o ‘ancestral comum‘ deve ter surgido antes disso.

chuva meteoros

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; a 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 um bombardeio de asteroide – com alguns dos fragmentos, com centenas de quilômetros 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 – partir do zero…       — e atingir o estágio de produção de energia por fotossíntese. Mas, se descartarmos o diferencial de 13C…ou os BIF como indício de vida – o intervalo de tempo necessário para a vida ter se formado e evoluído até o nível de complexidade da cianobactéria, sobe para 400 milhões de anos.  

Desde então as 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 da vida humana, em toda sua complexidade, levou 3,9 bilhões de anos, desde o fim do ‘bombardeio meteorítico’…até o surgimento do Homo Sapiens (há 125 mil anos atrás). – A civilização, com o fim da última idade do gelo, 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 se 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 ocorreu o surgimento da vida?

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.

(No volume visível do Universo existem cerca de 100 bilhões de galáxias como a nossa… — elevando o número de planetas para mais de 10e²³…)

Entretanto, o conforto que se ganha aumentando a janela de tempo para dez bilhões de anos – ao  multiplicarmos a diversidade de situações físicas e químicas 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.       (O transporte interplanetário…atualmente, só é viável entre a Terra…Lua…e Marte.)

Além disso, o problema do ‘mecanismo de origem‘ se transfere               daqui para outro planeta, mas sua solução não se torna mais fácil.

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

Uma escala de tempo mais muito curta poderia ser obtida do fato que ‘reações químicas‘…  –  produtoras de grandes moléculas (polímeros) são reversíveis.

Em escalas de dias… a meses – a maioria dessas ‘moléculas primordiais’, em meio aquoso … – reverteria para componentes mais simples. E isso só seria evitado, se as grandes moléculas fossem retiradas do meio líquido, logo que formadas… — Esse cenário funcionaria, com efeito…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.

Outra forma de evitar a reversibilidade seria encerrar as macromoléculas em membranas, como ‘paredes celulares’… (Nessa época não havia células como as atuais… — mas é possível que houvesse membranas formadas por processos inorgânicos.)

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 ‘protocélulaContudo, mesmo depois de escapar da ‘reversibilidade’… – os componentes da ‘vida primitiva’ ainda encontrariam outras armadilhas fatais…

Uma delas são as fontes hidrotermais que existem no fundo dos oceanos. Elas reciclam um volume igual ao dos oceanos atuais em 10 milhões de anos… A água ‘superesterilizada’, sai das fontes hidrotermais com T>350ºC, sendo que, quando o interior da Terra era mais quente, esse processo era bem mais intenso, e os tempos de reciclagem muito mais curtos.

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, de fato alguns preferem acreditar que ela tenha aportado aqui já pronta (panspermia).

estructura general aminoacidos

Os indicadores de vida

A lição que os últimos 100 anos de pesquisa nos ensinaram é que, até  nos organismos mais simples… de uma só célula, 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 características bioquímicas essenciais, verdadeiras leis (universais) da vida – foram encontradas em todos seres que habitam nosso planeta. 

Duas dessas leis merecem especial atenção.  A primeira é o fato de que… os seres vivos que conhecemos serem feitos de compostos de carbono arrumados em pequenos ‘tijolos’, chamados de aminoácidos… — que representam as unidades estruturais das 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 orgânicase as mais simples delas são as que possuem — além do carbono, apenas átomos de hidrogênio – (os hidrocarbonetos).

E, como resultado do ‘metabolismo’ do carbono, forma-se o famoso herói e vilão dióxido de carbono, que por ser gás, tem grande mobilidade. Assim, pela importância do carbono na vida como conhecemos – logo de cara…é nele que nos baseamos para procurar vida fora da Terra. (C. L. Barbosa)

água-molécula

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 à vida.

Por isso a descoberta de qualquer sinal de água líquida em um “simples meteorito” causa tanta comoção no meio científico…pois sua presença     é um prognóstico muito favorável.

É a chamada abordagem siga a água, tida como a estratégia mais promissora de caça à ‘vida extraterrestre’, que teve seu início – com mais tecnologia… a partir dos anos 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 /transporte 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?…Em 1º lugar, porque a água permanece líquida numa amplitude relativamente grande de temperatura…de zero a 100 graus (…para a pressão de uma atmosfera… – em pressões maiores a água ferve a temperaturas superiores a 100 graus). Em 2º lugar, porque o gelo flutua. Quando a água congela, não afunda, fica na superfície, com isso forma-se uma capa protetora, impedindo que todo o lago, por exemplo, 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.)

molécula polar - água

Com essa ‘capa protetora’, a temperatura da água ainda se mantém em níveis aceitáveis para a vida.

Em terceiro lugar… a molécula de 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 chamadas de moléculas polares.

Essa separação de cargas afeta diretamente como a água dissolve outras substâncias, e é fundamental para a vida na Terra. As membranas celulares são compostas por lipídios e proteínas…que não são dissolvidas em água, mas permitem que as moléculas de água as atravessem para fazer o transporte de nutrientes e de resíduos.

Mas, não existem mais substâncias na natureza com essas características? Com efeito…existem outras 3 substâncias promissoras… — porém, não tão adequadas: amônia, metano, e 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 três 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 será a reação.

Como “regra  geral”…a velocidade das reações químicas dobra a cada aumento de 10 graus Celsius. Em temperaturas tão baixas assim, 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.

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

A busca pela vida extraterrestre

Os projetos atuais de busca de vida extraterrestre seguem uma linha científica clássica. Os resultados são esperados para uma escala de tempo de uma a duas 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 simplesmente a vida na forma mais comum que conhecemos na Terra, e que tem habitado nosso planeta por mais tempo… ‘microorganismos.

espectro-da-terra-no-infravermelho-medio

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

A  restrição da “busca ao trivial” tem excelentes motivos… – Para começar, não adianta procurar algo que não se sabe como identificar. Por outro lado, os microorganismos contaminam atmosferas planetárias, com algumas moléculas facilmente identificáveis a grandes distâncias, como ozônio(O3).

(É impensável uma atmosfera com ‘camada de ozônio’…sem atividade ‘fotossintética‘ em larga escala.)

O oxigênio, por sua alta reatividade química — está ‘firmemente ligado’ a moléculasPara ser liberado, precisa de um agente no sentido contrário ao seu ‘potencial químico’.

— Isso indica a existência de um processo atuando (localmente) contra o ‘equilíbrio termodinâmico’… – o que é uma das características da vida.  

Além disso, o ozônio é decomposto pela luz ultravioleta do Sol, e a manutenção de uma camada na atmosfera — implica constante reposição de oxigênio livre… o que indicaria continuidade da fonte, ou seja, 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 sua presença não é um indicador de ‘atividade biológica’.

As chances de encontrar vida fora da Terra  

O que é vida?  Um simples fluxo de energia, matéria e informação?  A  habilidade de se comunicar  com  o  mundo?  Um sistema químico auto-suficiente,  capaz de passar por uma ‘evolução darwiniana’? Ou uma simples propriedade que surge espontaneamente,       ao se juntar um punhado 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 chegar a um consenso sobre o ‘conceito de vida’… Contudo… a vida – como a conhecemos – parece ter altíssima probabilidade 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, congelamento, queda de grandes meteoritos, etc.

A procura por vida microscópica no sistema solar começou a ser feita (de modo limitado) em Marte. O interesse em Marte é devido à proximidade, e por ter apresentado condições favoráveis à vida primordial. Com oceanos rasos ao longo de centenas de milhões de anos, os impactos meteoríticos lá – dada sua menor gravidade  –  foram bem menores que na Terra, além das temperaturas atmosféricas…à época, parecerem ter sido mais amenas.

Tudo isso somado, Marte parece possuir grande fator favorável                     ao aparecimento de vida…  —  numa janela de tempo mais longa.

http://www.cdcc.sc.usp.br/ciencia/artigos/art_28/agua6.html

O  fato de que o planeta congelou há mais de 3,5 bilhões de anos indica que… — se a vida existiu por lá… foi interrompida logo em seu início… — a menos que tenha sido transplantada pra cá (Terra) a bordo dos inúmeros meteoritos dentre as 40 bilhões de toneladas que… — por aqui aportaram.

Se, por ventura … lá encontrarmos algum tipo de ‘microrganismo (ainda que fóssil) ‘tipo terrestre’…teremos essa confirmação — já que a probabilidade de contaminação nas 2 direções não é desprezível… De qualquer modo, o “sistema solar” é um pouco irrelevante para uma ‘teoria geral da vida’… já que precisamos de uma vastíssima gama de exemplos diferentes… 

Para vasculhar um grande nº de planetas…                                               precisamos observar as incontáveis estrelas…

O ‘Santo Graal‘ da procura da vida está nos planetas rochosos como o nosso… ‘Outra falta de imaginação’?…Talvez. Por um lado, ainda não nos libertamos da imagem da Mãe Terra, tão acolhedora para a vida. Mas por outro está o fato de que a contaminação por produtos da atividade biológica é facilmente visível nas tênues (rarefeitas) atmosferas dos planetas rochosos.

Aí, 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).

Teoria geral da vida

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‘…

A multiplicidade de situações permite fazer previsões — e, passar a teoria pelo crivo do teste empírico. – Só a descoberta de outros exemplares de VIDA ALIENÍGENA… – nos  permitirá ver o que é fundamental, e o que     é secundário no fenômeno.

Outro motivo é que as informações sobre as condições físicas e químicas da Terra… — no momento em que a vida aqui se estabeleceu, estão perdidas para sempre. A observação de outros astros permite rever o passado, pois tudo o que vemos no espaço – são acontecimentos que…quanto mais longe em distância, 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‘.

Com efeito, olhar para o céu é simplesmente testar o pressuposto básico do evolucionismo, que assume que a vida é um ‘fato natural‘… – inerente aos processos de transformação da matéria, e dissipação de energia… Qualquer outro planeta em condições físicas iguais à da Terra teria tido a mesma chance de gerar vida.

Depois de passar pelo crivo uma extensa lista de planetas, poderemos então, ter estatística suficiente para saber se o Universo é tão biófilo quanto nos parece hoje… É possível que, a princípio… não encontremos nenhum 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…Se existirem deteções positivas – aí se iniciará do estudo de cada tipo particular de vida, e seria ficção especular quais vão ser as técnicas empregadas para isso. Assim, uma teoria geral da vida não é esperada para tão cedo… — Mas, se há uma “coisa clara”…é que o avanço tecnológico e científico sempre superou as expectativas, e chegou antes do que se esperava.

‘Origens da Vida’ – (Augusto & Daniel Damineli)  • • • ‘As Origens da Vida’ – (IF/UFRGS)  ‘origem da vida era inevitável’  •  NASA contesta pesquisa sobre fósseis extraterrestres em meteorito‘fragmentos de DNA no meteorito, e a busca pela origem da vida’  • ‘Meteorito revela um dos segredos da vida’  ‘Novo estado quântico d’água’  ‘Origem da água na Terra’   ‘Água no Universo Primordial’  ‘Água na Terra é 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’  ****************************(textos complementares)***************************

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

screen-shot

Simulação computacional feita pela equipe de Jeremy England mostra um sistema de partículas confinadas no interior de um fluido viscoso no qual as partículas turquesas são impulsionadas por uma força oscilante. Ao longo do tempo (de cima para baixo) a força desencadeia a formação de mais ligações entre as partículas.

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… e dissipá-la… na forma de em calor.

Jeremy England… — professor do MIT  (Massachusetts Institute of Technology), desenvolveu uma fórmula matemática,     a qual acredita explicar esse potencial.

Baseada numa física já conhecida — 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 mantenha o calor (como o oceano, ou a atmosfera) – ele tende a se reestruturar gradualmente…dissipando energia cada     vez mais… – O que, em última instância, poderia significar que  —  sob 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 certo período, não seria surpresa se daí surgisse uma planta… E assim… – pela perspectiva física, definiríamos a ‘evolução de Darwin’ um caso específico de um fenômeno geral”.

Ao invés de substituir… — a ‘teoria de England’ fundamenta a ‘teoria evolutiva’ de Darwin… Sua ideia, detalhada num paper, tem gerado polêmica… — apesar de seus resultados teóricos serem considerados válidos.

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, portanto, não viola a ‘Segunda Lei da Termodinâmica’. Mas, até recentemente, os físicos eram incapazes de usar a Termodinâmica para explicar o seu surgimento. À época de Schrödinger, só as equações da Termodinâmica – 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 em 1977)… Mas…o comportamento de sistemas longe de um equilíbrio, conectados com o ambiente externo — e fortemente influenciados por  ‘fontes externas de energia’… continuavam imprevisíveis.

A situação mudou mais tarde – 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… a fórmula pode ser aplicada a qualquer processo termodinâmico…               não importando o quão rápido, ou longe do equilíbrio este fenômeno se encontre.

origem da vida

 A 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…

Os sistemas são fortemente movidos por uma fonte externa de energia — tal qual a energia eletromagnética, podendo descartar calor no  ambiente circundante… (…classe de sistemas       que inclui todos os seres vivos.)

England determinou então…o quanto os sistemas tendem a evoluir ao longo do tempo, à medida que a irreversibilidade aumenta – afirmando que…“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.

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 diz 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 das 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”.

A química da sopa prebióticamutações 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. De acordo com uma nova pesquisa liderada por Philip Marcusda Universidade da Califórnia/Berkeley…e divulgada na ‘Physical Review Letters‘… – vórtices em ‘fluidos turbulentos’ replicam-se espontaneamente através da energia da matéria ao seu redor.

Em um outro paper… Michael Brenner, professor de Física e Matemática Aplicada em Harvard, e equipe, apresentaram modelos teóricos e simulações de microestruturas auto-replicantes. – Esses aglomerados de microesferas…especialmente revestidas… – dissipam energia, 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 pelo qual os sistemas são fortemente impulsionados para dissipar energia. Uma planta, por exemplo, é melhor em capturar e rotear a energia solar através de si que um aglomerado de átomos de Carbono não estruturados. Desse modo, England argumenta que, sob certas condições, a matéria, espontaneamente, se autorganizará.

Essa tendência poderia 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 argumenta:

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

Segundo Ard Louis biofísico da Universidade de Oxford…  “A ‘seleção natural’ não explica certas características, nas quais se incluem uma mudança hereditária para a expressão genética — a chamadametilação(aumento da complexidade na ausência     da seleção natural)… e ainda, certas mudanças moleculares… – Seria bom liberar os biólogos para que busquem a explicação darwinista para todas 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’)  *******************************************************************************

‘A mão esquerda da criação’ (comentário sobre o livro de J. Barrow & J. Silk)

Os aminoácidos codificados pelas cadeias de DNA e RNA  –  as moléculas responsáveis pela preservação e transmissão do código genético, são todos canhotos. Já as moléculas dos açúcares nessas cadeias são todas destras.  Em princípio,  não existe razão  para  que apenas uma das duas predomine.  Mais estranho ainda,  é que a escolha não seja apenas predominante, mas exclusiva. Por que a vida escolheu apenas os aminoácidos canhotos?
Esta ‘homoquiralidade‘,  ou seja, a dominação completa duma orientação espacial sobre     outra, ligada à origem da vida na Terra, é um dos grandes mistérios da ciência moderna.

É importante lembrar que, mesmo seres mais primitivos, têm bioquímica supercomplexa, produto da evolução a partir de moléculas mais simples.  Essas moléculas,  ao  interagir, formaram cadeias cada vez maiores,  até que se tornaram capazes de replicação. Segundo os modelos mais aceitos, antes da vida surgir, a Terra tinha uma distribuição homogênea desses elos, tanto os canhotos quanto os destros.

Essas moléculas flutuavam pelo gigantesco oceano que cobria quase toda a superfície do planeta.  Quais mecanismos poderiam ter levado ao excesso de uma quiralidade sobre a outra, até o eventual domínio completo?…Alguns dizem que o desequilíbrio ocorreu por causas acidentais…em algum local havia mais ‘aminoácidos canhotos’, que dominaram     os demais. Outros dizem que o excesso veio do espaço… meteoritos e cometas já vieram com o excesso, que então se espalhou.

O problema é que…até agora, os aminoácidos encontrados em meteoritos não apresentam qualquer excesso… – Outra possibilidade…é que a ‘radiação ultravioleta (vinda do espaço) tenha favorecido uma orientação sobre outra…O fato é que não sabemos por que a criação prefere os canhotos. Pelo menos os aminoácidos canhotos. (Marcelo Gleiser..Folha de SP)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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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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