Aparelho de Urey e MillerIntroduo

Em 1954, o cientista norte americano Stanley Miller construiu um aparelho juntamente com seu orientador Harold Urey onde reuniu amnia, hidrognio e vapor de gua e metano, numa tentativa de recriar, laboratrio, as provveis condies que supunha ocorrer na Terra primitiva e testou experimentalmente a hiptese de Oparin e Haldane .

Assim, esse brilhante cientista, falecido aos 77 anos em 2007, deu um passo importante nos estudos acerca da evoluo qumica e da hiptese heterotrfica e seu feito referncia at os dias de hoje. Ele demonstrou que processos naturais podem tornar uma qumica simples numa qumica complexa.Graas experincia pioneira de Stanley Miller, hoje cientistas so capazes de reproduzir em laboratrio quase todos os mais importantes aminocidos

Experimento delineado por Stanley Miller para investigar a origem da vida na Terra.

Stanley Miller e seu aparelho simulador da atmosfera primitiva da Terra

No incio da histria da terra existiam muitos vulces e a atmosfera era bem diferente da que existe hoje em nossos dias e que respiramos. Naquela poca no era possvel respirar na atmosfera, pois no havia oxignio livre.Alm desses gases, na atmosfera primitiva haveria tambm muitas tempestades; provavelmente tempestades que duravam meses ou at mesmo anos sem parar (como aquelas que vemos em Vnus, jpiter, ou mesmo em urano). Assim, teramos uma quantidade enorme de raios (hoje temos em torno

de 100 milhes de raios s em um ano no Brasil, no mundo so em torno de 3,2 bilhes de raios por ano). Imagine ento toda essa gua cheia de compostos orgnicos formados na atmosfera. Tudo isso cairia no solo e faria parte de poas que secariam periodicamente, concentrando esses compostos e submetendo-os a transformaes qumicas.

ATMOSFERA PRIMITIVA E SUA EVOLUOProteinides (coacervados)Coacervadosso aglomerados de molculas proticas e lipdios envolvidas por molculas de gua. Isso se d devido ao potencial de ionizao presente em alguma de suas partes (tanto na molcula de lipdio quanto na molcula de protena). Acredita-se, baseado na teoria de Oparin, que a origem dos coacervados esta ligada a composio qumica da atmosfera primitiva que supostamente era constituda por:metano, amnia, gs sulfdrico, dixido de carbono, e vapor de gua alem de hidrognio e nitrognio. Esses gases sob influncia da energia dos raios de tempestades e dos raios ultravioleta do Sol (UVa e UVb) teriam se combinado, formando aminocidos os quais se agruparam formando os coacervados.Com as chuvas os coacervados teriam parado no mar (de guas quentes) e com a interveno de minerais da decomposio das rochas teria dado origem a primeira protoclula.Segundo a Teoria de Oparin existiam coacervados formados de diversas maneiras. Os mais instveis quebravam-se facilmente e se desfizeram. Outros se uniram a outras molculas orgnicas presentes na gua do mar e a molculas inorgnicas, formando os coacervados complexos. possvel que em algumas dessasmilharesde combinaes que podem ter ocorrido ao longo do tempo, alguns coacervados tenham se tornado mais e mais estveis. Simultaneamente a isso, teria se formado no oceano um "caldo quente" composto por coacervados e outros tipos de compostos orgnicos, assim como substncias inorgnicas provenientes do intemperismo das rochas, e isso possibilitou a sobrevivncia dos coacevados.Como os coacervados necessitavam de energia para sobreviver, esta, era obtida inicialmente dos raios ultravioleta do Sol e das descargas eltricas (raios de tempestades) e posteriormente passou a ser obtida de forma bioqumica (acares, matria orgnica em geral). Desta forma o primeiro protobionte ou protoclula foi um ser heterotrfico, necessitando obter energia de compostos

orgnicos j sintetizados, seja na atmosfera e que caia com a chuva no oceano ou atravs da fuso com outros coacervados.Aparelho de Urey e Miller

No incio da dcada de 1950, (pesquisadores norte-americanos resolveram testar a teoria de A. Oparin e J.B.S. Haldane). Assim, em 1953, Stanley L. Miller (1930-2007) estudante de qumica, delineou um experimento com a ajuda de seu professor Harold C. Urey (1893-1981) na Universidade de Chicago.Harold Urey deu a Miller seis meses para conseguir algum resultado interessante, se no conseguisse no iriam gastar dinheiro nessa ideia.Assim Miller delineou e construiu um aparelho que simulava as condies da Terra primitiva.Em um balo de vidro evacuado (onde foi feito vcuo) ele introduzidos os provveis componentes em suspenso que constituam a atmosfera primitiva da Terra: amnia (NH3), metano (NH4), hidrognio (H) , dixido de carbono Co2 e gua fervente(H2O) no fundo (para representar um oceano). Nesse frasco ele produziu descargas eltricas induzida ebulio por um aquecedor, promovendo a circulao dos elementos em um nico sentido, expondo continuamente a mistura gasosa a eletrodos que descarregavam eletricidade , simulando os raios que ocorriam naquela poca na atmosfera primitiva aquecendo e resfriando o fluido em um sistema fechado. Depois de uma semana apareceram vestgios de uma substncia de colorao que no incio era incolor e no trmino avermelhado (situao que representava os mares e lagos primitivos), que Miller analisou e descobriu que era rica na existncia de diversos compostos, entre eles a formao de aminocidos

(unidades bsicas das protenas) os tijolos de construo das protenas e outras substncias orgnicas mais simples como as e bases nitrogenadas alm de cianeto e formaldedo: a sopa presbitica .Esse experimento demonstrou que molculas orgnicas (aminocidos) poderiam ter-se formado nas condies da Terra primitiva, o que refora a hiptese da evoluo gradual dos sistemas qumicos. Ele variou a mistura de gases e pode obter diversos compostos principais do metabolismo dos seres vivos como aminocidos, protenas e cidos graxos.Evidncias recentes tambm indicam que alm dos gases mencionados, certamente que o gs nitrognio (N) e em abundncia o dixido de carbnico (CO2), tambm colaboraram decisivamente com a estruturao de molculas vitais para a fundamentao primria de um elementar ser vivo, desenvolvendo-se evolutivamente ao longo de milhares de anos, causando toda a biodiversidade atual.Tal resultado, publicado em 1953 na revista cientfica Science, abriu portas para a crena de que a matria precursora da vida poderia ter se formado espontaneamente, a partir destas substncias. E a ideia foi reforada quando foi encontrado um meteorito, o Murchinson, que continha os mesmos aminocidos, com a mesma proporo que se apresentavam no aparelho de Miller.

A evoluo do metabolismoAnalisamos at agora o surgimento das primeiras formas vivas, e voc deve ter notado que j mencionamos, para essas formas, algumas caractersticas importantes para conceituar um ser vivo. Esses primeiros organismos possuem compostos orgnicos na constituio de seus corpos, so celulares (unicelulares, no caso) e tm capacidade de reproduo..Todo o ser vivo precisa de alimentos, que so degradados nos processos metablicos para a liberao de energia e realizao das funes. Esses alimentos degradados tambm podem ser utilizados como matria-prima na sntese de outras substncias orgnicas, possibilitando o crescimento e a reposio de perdas. Analisaremos, ento, como esses primeiros seres conseguiam obter e degradar oalimentopara a sua sobrevivncia. Duas hipteses tm sido discutidas pelos cientistas: ahiptese heterotrficaea autotrfica.

Hiptese heterotrficaOs primeiros seres vivos primeiros organismos eram estruturalmente muito simples, sendo de se supor que as reaes qumicas em suas clulas tambm eram simples. Eles viviam em um ambiente aqutico, rico em substncias nutritivas, mas provavelmente no havia oxignio na atmosfera, nem dissolvido na gua dos mares. Nessas condies, possvel supor que, tendo alimento abundante ao seu redor, esses primeiros seres teriam utilizado esse alimento j prono como fonte de energia e matria-prima e deveriam apresentar nutrio saprbia, isto conseguiam alimento por meio de absoro de molculas orgnicas simples dos mares primitivos.A respirao aerbia, utilizada hoje pela maioria dos seres vivos, exige a participao de oxignio livre, para extrair energia da glicose, e de uma coleo enzimtica muito ampla, pois o numero de reaes qumicas muito maior que na fermentao. Nos mares e na atmosfera primitiva no existia oxignio livre e a coleo enzimtica dos seres pioneiros era pequena. Logo mais provvel que os primeiros seres vivos conseguissem energia por meio de um processo anaerbio, como a fermentao. Um dos tipos mais comuns de fermentao a fermentao alcolica. O acarglicose degradado em lcool etlico (etanol) e gs carbnico, liberado energia para as vrias etapas do metabolismo celular. Esses organismos comearam a aumentar em nmero por reproduo. Com o passar do tempo, as condies ambientais da Terra se modificaram. medida que os gases da atmosfera se transformavam em molculas orgnicas simples, suas quantidades diminuam. Esse fato e o resfriamento da Terra, reduzindo a freqncia de tempestades, fizeram diminuir a sntese de molculas orgnicas. Com isso a quantidade de alimentos para os heterotrficos diminuiu, reduzido e um grande nmero de indivduos nos mares, deve ter havido muita competio, e muitos organismos teriam morrido por falta de alimento. Ao mesmo tempo em que teria se acumulado CO2no ambiente.Enquanto o ambiente se modificava, os seres vivos sofriam mutaes e surgiram organismos autotrficos capazes de realizar a fotossntese, sintetizando as substancias orgnicas que formam seu organismo a partir de substancias minerais. O fato de o alimento diminuir cada vez mais lhe trazia uma grande vantagem: eles no dependiam de substncias orgnicas escassas e, conseqentemente, tinham maior possibilidade de sobrevivncia. Assim pela seleo natural aumentavam os nmeros na populao. Com a atividade dos autotrficos uma nova modificao foi imposta ao ambiente, que por sua vez passou a ter oxignio livre em sua composio qumica. Com o tempo e em conseqncia de mutaes, surgiram seres vivos capazes de usar esse gs (respirao aerbia). Esse tipo de respirao, com maior produo de energia que a fermentao, foi vantajosa e espalhou- se na populao.

Os primeiros seres vivos ento como j citado acima, deveriam ter um a estrutura muito simples semelhantes aos seres procariontes atuais. Com o tempo surgiu seres com clulas mais complexas, os eucariontes. Algumas dessas clulas podem ter se reunido e formado colnias e, a parti da, originando se os primeiros seres pluricelulares. Parte do oxignio atmosfrico foi transformada em oznio, que, com o tempo, formou uma camada atmosfrica. Essa camada representa uma proteo importante para os seres vivos atuais, pois filtra os raios ultravioletas.

Hiptese autotrficaAlguns cientistas tm argumentado que osseres vivosno devem ter surgido em mares rasos e quentes, como proposto por Oparin e Haldane, pois a superfcie terrestre, na poca em que a vida surgiu, era um ambiente muito instvel.Meteoritos e cometas atingiam essa superfcie com muita freqncia, e a vida primitiva no poderia se manter em tais condies.Logono incio da formao da Terra, meteoritos colidiram fortemente com a superfcie terrestre, e a energiadessas colises era gasta no derretimento ou at mesmo na vaporizao da superfcie rochosa. Os meteoritos fragmentavam-se e derretiam, contribuindo com sua substncia para a Terra em crescimento. Um impacto especialmente violento pode ter gerado a Lua, que guarda at hoje em sua superfcie as marcas desse bombardeio por meteoritos. Na superfcie da Terra a maioria dessas marcas foi apagada ao longo do tempo pela eroso.A maioria dos meteoritos se queima at desaparecer quando entra na atmosfera terrestre atual e brilha no cu como estrelas cadentes. Nos primrdios, os meteoritos eram maiores, mais numerosos e atingiam a Terra com mais freqncia.Alguns cientistas especulam que os primeiros seres vivos no poderiam ter sobrevivido a esse bombardeio csmico, e propem que a vida tenha surgido em locais mais protegidos, como o assoalho dos mares primitivos.Em 1977, foram descobertas nas profundezas ocenicas as chamadasfontes termais submarinas,locais de onde emanam gases quentes e sulfurosos que saem de aberturas no assoalho marinho.Nesses locais a vida abundante. Muitas bactrias que a vivem so auttrofas, mas realizam um processo muito distinto da fotossntese. Onde essas bactrias vivem no h luz, e elas so a base de uma cadeia alimentarpeculiar. Elas servem dealimentopara os animais ou ento so mantidas dentro dos tecidos deles. Nesse caso, tanto os animais como as bactrias se beneficiam: elas tm proteo dentro do corpo dos animais, e estes recebem alimentos produzidos pelas bactrias.A descoberta das fontes termais levantou a possibilidade de que a vida teria surgido nesse tipo de ambiente protegido e de que a energia para o metabolismo dos primeiros seres vivos viria de uma mecanismo autotrfico denominado quimioautrficos. Alguns cientistas acreditam que os primeiros

seres vivos foram bactrias, que obtinham energia para o metabolismo apartirda reao entre substncias inorgnicas, como fazem as bactrias encontradas atualmente nas fontes termais submarinas e em outros ambientes muito quentes (com cerca de 60 a 105C) e sulfurosos.Segundoessa hiptese, parece que toda a vida que conhecemos descende desse tipo de bactria, que devia ser autotrfica.Os que argumentam a favor dessa hiptese baseiam-se em evidncias que sugerem abundncia de sulfeto de hidrognio (gs sulfdrico, H2S, que tem cheiro de ovo podre) e compostos de ferro na Terra primitiva. As primeiras bactrias devem ter obtido energia de reaes que tenham envolvido esses compostos para a sntese de seus componentes orgnicos.Algumas bactrias que vivem atualmente em fontes quentes e sulfurosas podem realizar a reao qumica a seguir, que, segundo a hiptese autotrfica, pode ter sido a reao fundamental fornecedora de energia para os primeiros seres vivos:Sulfeto ferroso + gs sulfdrico ---> sulfeto frrico + gs hidrognio + energia (pirita, um mineral comum)

A energia liberada por essas reao pode ser usada pelas bactrias para a produo de compostos orgnicos essenciais para a vida, a partir de CO2e H2O.Assim, segundo essa hiptese, aquimiossntese- um processo autotrfico teria surgido primeiro. Depois teriam surgido a fermentao, a fotossntese e finalmente a respirao.Os debates sobre origem da vida ainda daro muito o que falar. A hiptese mais aceita sobre a evoluo do metabolismo ainda a hetertrofa, embora a hiptese auttrofa venhaganhandocada vez mais fora.

Curiosidades

Inclusive, poucos sabem que esse cientista s publicou uma de trs de suas recriaes da Terra primitiva. Uma destas, na qual havia um aspirador queinjetava vapor de gua no frasco onde ocorriam as fascas, foi recriada no fim de 2008, por Jeffrey Bada, professor de qumica marinha da Universidade da Califrnia, em San Diego. Ele e sua equipe consideraram tal experimento til por, possivelmente, simular a descarga que ocorre quando raios cruzam uma erupo vulcnica rica em vapor de gua.Esses obtiveram como resultado um nmero maior de aminocidos do que o encontrado no modelo tradicional de Miller, acreditando que tais condies podiam ser comuns em nosso planeta, antes da formao dos grandes continentes!

Ampliando a hiptese de Oparin: proteinides e ribozimasNo comeo da dcada de1970, o bilogoSidney Foxaqueceu, a seco, a 60c, uma mistura de aminocidos. Obteve pequenos polipeptdeos, a que ele chamou deproteinides. A gua resultante dessa reao entre aminocidos evaporou em virtude do aquecimento. Fox quis, com isso, mostrar que pode ter sido possvel a unio de aminocidos apenas com uma fonte de energia, no caso o calor, e sem a presena de gua.Faltava esclarecer o possvel local em que essa unio teria ocorrido.Recentemente, os cientistas levantaram a hiptese de que a sntese de grandes molculas orgnicas teria ocorrido na superfcie das rochas e da argila existente na Terra primitiva.A argila em particular, teria sido o principal local da sntese. Ela rica em zinco e ferro, dois metais que costumam atuar como catalisadores em reaes qumicas. A partir da, vagarosamente ocorrendo as snteses, as chuvas se encarregariam de lavar a crosta terrestre e levar as molculas para os mares, transformando-os no imenso caldo orgnico sugerido por Oparin. Essa descoberta, aliada aos resultados obtidos por Fox, resolveu o problema do local em que possivelmente as snteses orgnicas teriam ocorrido.Havia, no entanto, outro problema: as reaes qumicas ocorrem mais rapidamente na presena de enzimas. Somente a argila, ou os metais nela existentes, no proporcionariam a rapidez necessria para a ocorrncia das reaes.Atualmente, sugere-se que uma molcula de RNA teria exercido ao enzimtica. Alm de possuir propriedades internacionais, descobriu-se que o RNA tambm tem caractersticas de enzima, favorecendo a unio de aminocidos.Assim, sugerem os cientistas,RNAs produzidos na superfcie de argilas, no passado, teriam o papel de atuar como enzimas na sntese dos primeiros polipeptdeos.Esses RNAs atuariam como enzimas chamadas ribozimas e sua ao seria auxiliada pelo zinco existente na argila. Outro dado que apia essa hiptese o fato de que, colocando molculas de RNA em tubo de ensaio com nucleotdeos de RNA, ocorre a sntese de mais RNA sem a necessidade de enzimas.Melvin Calvin, outro cientista norte- americano, realizou experincias semelhantes de Miller, bom bombardeando os gases primitivos com radiaes altamente energticas e obteve, entre outros, compostos orgnicos do tipo carboidratos. Todas essas experincias demonstram a possibilidade da formao de compostos orgnicos antes do surgimento de vida na Terra. Isso veio favorecer a hiptese heterotrfica, uma vez que para a existncia previa de matria orgnica um requisito bsico no s para a alimentao dos primeiros heterotrficos, como tambm para sua prpria formao.

Bibliografia:http://www.mundoeducacao.com/biologia/experimento-miller.htmhttp://juliarocha-cfb.blogspot.com.br/2011/03/o-experimento-de-stanley-miller-e.htmlhttp://www.alunosonline.com.br/biologia/experimentos-de-miller.htmlhttp://www.sobiologia.com.br/conteudos/Evolucao/evolucao5.phphttp://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/origem-da-vida/experimentos-de-miller.phpLivro de Biologia volume nico de Srgio Linhares e Fernando Gewandsznajder

Nome: Michele Takissta Guaresti n 32Srie: 3 F