Origem da Vida e Evolução

Élgion L.S. Loreto

Departamento de Biologia - UFSM

"Entre as doutrinas científicas modernas, o darwinismo é a única que temincomodado muita gente fora do mundo acadêmico. Tem tido inimigos à direita e aesquerda, e algumas nações, como a União Soviética, liquidaram darwinistas por suasconvicções científicas" (Rose,1998).

A Ciência e a Tecnologia são uma das fontes de mudanças dos valores culturais e da formacom que o homem vê a si mesmo. Tomemos com exemplo a teoria heliocêntrica e a revoluçãoestrondosa que ela causou nos séculos XV e XVI (ver páginas 11 a 23, parte I). Naquele tempo aidéia de uma Terra redonda, girando ao redor do Sol, pareceu um absurdo. Hoje, no entanto, ascrianças aprendem desde muito cedo que o mundo é assim. Nussbaum (1979), em um estudo comcrianças nas primeiras séries escolares, mostrou que elas vão acomodando a concepção de ummundo plano que observam em sua volta, com a informação recebida na escola, na tv e emrevistas, de que a terra é redonda e gira ao redor do Sol (Figura 1). Como podemos observar dosestudos de Nussbaum, a teoria heliocêntrica é “absorvida” e entra para o senso-comum sem que asevidências experimentais, as observações que estiveram por trás de Copérnico a Galileu parafundar o heliocentrismo, sejam necessárias. Este exemplo nos mostra que a Ciência pode mudarsubstancialmente nossa visão de mundo, ainda que não necessariamente conduza a uma “visãocrítica”. Desde muito cedo aprendemos o “heliocentrismo” mas não quer dizer que aprendemos apensar “cientificamente” onde estamos.

Figura 1 - Representação esquemática das principais mudanças da concepção de uma visão de mundo das crianças nas primeirasséries do ensino fundamental. Em (A) as crianças ainda imaginam a terra como plana e as setas apontam o que para elas é a noçãode “para baixo”; em (B) as crianças acomodam em sua visão de mundo visto em (A) a informação recebida de que os grandesnavegadores como Marco Pólo e Colombo deram “ a volta ao mundo”; em (C) as crianças acomodam as informações recebidaspor fotografias de naves espaciais que mostram a terra “redonda”; em (D) a terra já é esférica mas o homem só pode habitar aparte superior, caso contrário ele “cairia”. Na população estudada, em torno de 9 anos as crianças já desenvolveram uma noção“heliocêntrica” atual (modificado de Nussbaum, 1979).

Podemos nos perguntar porque tendo passado mais de 150 anos da publicação da “Origemdas espécies” por Darwin, estamos ainda muito longe de uma aceitação popular, mesmo que“acrítica” de que as espécies mudam no tempo e que temos todos uma origem comum. Ésurpreendente ver que mesmo entre pessoas “cultas” é muito comum observarmos um discurso deque evolução é “apenas uma teoria”. Uma frágil teoria que muito provavelmente é equivocada elogo chegaremos a uma explicação melhor (Alters e Nelson, 2002).

Seriam as evidências da teoria heliocêntricas mais sólidas ou mais fáceis de entender?Certamente não. A idéia de evolução é bastante simples e facilmente assimilável. As evidências deque a evolução ocorreu são inúmeras e de várias fontes como a Genéticas, Paleontologia,Anatomia e Embriologia comparadas, Biogeografia e de muitas outras áreas. Muitas dessasevidências, além de muito sólidas, são fáceis de serem compreendidas .

Para a Ciência, a evolução é um fato. No entanto, vemos seguidamente na mídia que ateoria evolutiva está em crise, ou que a teoria darwiniana está sendo questionada. A teoriaevolutiva, como toda teoria científica está sempre sendo questionada e, também em constanteevolução. A teoria darwiniana original, sofreu contribuições importantes de ciências que foramdesconhecidas de Darwin, como a Genética e surgiu daí o neodarwinismo. O neodarwinismo éuma teoria que incorpora novos conhecimentos à teoria de Darwin, sem no entanto negar odarwinismo. É um refinamento da velha teoria, não sua negação. A explosão das pesquisasbiológicas nas últimas décadas, principalmente em áreas como a Biologia Molecular, tempossibilitado questionar alguns pontos da teoria neodarwiniana. Uma visão mais clara do processoevolutivo vem emergindo dessas pesquisas, mas novamente, a essência da teoria evolutivacontinua intacta, no entanto, surgem com as novas pesquisas, melhorias a velha teoria. As atuaisfronteiras do conhecimento sobre a origem da vida e evolução, ao contrário de contradizer as

idéias darwinianas, reforçam-nas. Antes porém de apresentarmos as principais idéias referentes àsfronteiras atuais desta área do conhecimento, vamos fazer um breve apanhado histórico comrelação ao desenvolvimento desses conceitos.

A explicação darwiniana

Entre as inúmeras contribuições de Darwin, duas ganham destaque. A primeira pode serresumidamente expressa como a noção de que as espécies não são entidades fixas, mas que, aocontrário, sofrem evolução. Evolução é a descendência como modificações, de diferenteslinhagens a partir de ancestrais comuns. Em sua obra "A origem das espécies", Darwin apresenta aidéia de afinidade dos seres vivos como sendo representado por uma árvore, em que cada folha oubotão, nas pontas dos ramos, representa uma espécie existente. As folhas que já caíram, queestavam presentes em anos passados, representariam as espécies extintas. No passar do tempo,com o crescimento da árvore, foram surgindo ramos e galhos, mas todos estes galhos estãoligados no tempo ao surgimento da primeira folha, na germinação da semente. Portanto, todas asformas de vida estão ligadas a uma origem comum. É isto que nos mostra a árvore da vida.

A segunda importante contribuição de Darwin foi fornecer um mecanismo para osurgimento de novas espécies. Apontou ele a "seleção natural" como a força motriz para aevolução. Basicamente a seleção natural funciona da seguinte maneira: a) os organismos de umapopulação possuem diferenças e algumas dessas diferenças são hereditárias (transmissíveis àprole); b) a capacidade reprodutiva dos organismos é maior que a capacidade do ambiente emfornecer os recursos necessários para mantê-los; c) necessariamente haverá uma seleção, os maisadaptados ao ambiente sobrevivem e deixam mais descendentes. Assim, os portadores dascaracterísticas mais adaptadas ao meio tornam-se mais e mais predominantes na população. Estemecanismo, posto em marcha, principalmente pensando em longos períodos de tempo, podeexplicar como os organismos vão mudando e novas formas de vida vão surgindo, pela seleção de“pequenas vantagens”. O mecanismo explica o "crescimento da árvore da vida".

Figura 2 - A árvore da vida de Haeckel - Ernst Haeckel (1834-1919) foi o primeiro a descrever as relações entre os seres vivoscomo uma analogia a uma árvore e postulou a origem comum a todas as formas de vida.

O que Darwin não explicou

Apesar da importância da contribuição de Darwin, ele não conseguiu uma teoriasatisfatória para o fenômeno da transmissão das características hereditárias. Ter uma teoria para ahereditariedade era fundamental para sua teoria evolutiva. Darwin defendida a teoria pangênica dahereditariedade, em que minúsculas partes de todos os órgãos convergem para os órgãos dageração, misturando estes constituintes e o novo ser é reconstituído. Entretanto, esta teoria éincompatível com a teoria da seleção natural, isto porque, se ao reproduzir, os indivíduos"misturassem" suas características, a população em poucas gerações seria homogenia. A seleçãonatural, então não teria o que selecionar, uma vez que todos os indivíduos seriam iguais (Mayr,1998).

No período em que Darwin estava a divulgar suas idéias, Mendel também apresentava asua teoria da herança, mas Darwin e todos os seus contemporâneos ou desconheceram ou nãoderam importância ao trabalho de Mendel - (ver paginas 2 e 3 do capítulo genomas e proteomas).Com a redescoberta do trabalho de Mendel no início do século XX, uma das "fraquezas" da teoriadarwiniana, que era a ausência de uma teoria da hereditariedade, foi resolvida.

Com a Genética, a teoria evolutiva ganha um aspecto das teorias da Física e ganhamodelos matemáticos, capacidade preditiva e hipóteses perfeitamente testáveis. Enfim, uma teorianos moldes das "boas" teorias científicas. Era preciso agora um novo nome e batizaram-na denova síntese ou neodarwinismo. Assim ficou marcada a primeira metade do século XX.

Um aspecto novo que o neodarwinismo trás, é a possibilidade de que ocorra evolução, ouseja de modificações nas populações, por um outro mecanismo e que não fora identificado porDarwin: o puro acaso. Se , em uma população, há duas ou mais característica com diferenças entreos indivíduos, e essas diferenças não provocam um diferencial na possibilidade dos seuspossuidores em sobreviver e deixar descendentes, estas características são ditas neutras. Istoporque a seleção natural não pode "selecionar" uma delas. Os modelos matemáticos dosneodarwinistas mostram que, neste caso, a evolução vai ocorrer, por puro acaso. O que vai serimportante, quando as características são neutras, é o tamanho da população e outros aspectos daestrutura das populações. Esse fenômeno foi chamado de deriva genética, que poderíamos dizerser uma força evolutiva "não darwiniana".

Na segunda metade do século XX houve muita discussão se a principal força que conduz aevolução é a seleção natural ou se a deriva genética. Foi uma disputa ferrenha entre os ditosselecionistas e os neutralistas. Visto de fora, pelo tom das discussões, parecia que algo estavaerrado com a teoria evolutiva, afinal nem os biólogos evolutivos se entendiam. Hoje, basicamentehá um consenso de que as duas correntes estavam certas. Nas principais características queadaptam os seres vivos ao seu ambiente, temos a ação da seleção natural. No entanto, muito davariabilidade genética é neutra em boa parte das situações a que os organismos estão expostos, eneste caso a força evolutiva é a deriva genética. Seleção natural e deriva genética não são teoriasrivais para explicar a evolução, são forças evolutivas que se completam.

Atuais fronteiras

Se a disputa entre selecionistas e neutralistas ficou no passado, outras discussões entre osevolucionistas são mais recentes. Uma delas diz respeito à velocidade com que ocorre a evolução.A teoria darwiniana clássica sugere que a evolução é um fenômeno gradual em que pequenasmodificações vão aos poucos se acumulando, e assim, dado um longo período de tempo, vãosurgindo novas formas de vida. A evolução seria um fenômeno lento e contínuo. A análise doregistro fóssil, entretanto, nem sempre mostra este padrão. Muitas vezes o observado é um longoperíodo em que a forma dos fósseis pouco varia, seguida de um período curto em que ocorremprofundas mudanças. Este fato levou aos paleontólogos Eldredge e Gould a propor a teoria doequilíbrio pontuado. Neste modelo a velocidade da evolução não é constante, mas temos períodosde estase, seguidos de períodos de mudanças.

Recentes pesquisas na área da genética do desenvolvimento vêm fornecer bases biológicaspara os achados dos paleontólogos. Uma delas é a descoberta dos genes mestres, ou seja, genesresponsáveis por "ligar ou desligar" uma bateria muito grande de outros genes. Mutações nessesgenes produzem alterações muito complexas na forma ou no funcionamento dos organismos. Porexemplo, na mosca drosófila, a alteração de um único gene, como o eyeless pode fazer aparecerdiversos olhos pelo corpo do inseto e podemos ver uma mosca com olhos em todas as patas, etambém no lugar das asas. Note que este "novo animal" é resultado de uma pequena mudançagenética. Mudanças nos genes reguladores mestres podem fazer surgir um padrão completamentenovo, fruto de uma mudança genética muito pequena. O mais interessante é que esses genes sãoextremamente conservados ao longo da evolução. Por exemplo, o gene eyeless das moscas é

praticamente idêntico ao gene anirídia encontrado em humanos, e que também está envolvido emna formação do olho em nossa espécie durante o desenvolvimento embrionário. Estes genes sãotão parecidos que é possível isolar o gene humano e colocar em uma mosca e ele funcionaperfeitamente no inseto. O estudo dos genes que controlam o desenvolvimento tem mostrado aexistência de vários genes desse tipo, que uma vez mutados produzem padrões completamentenovos. Isto talvez possa ser uma explicação para a descontinuidade que muitas vezes sãoobservados nos registros geológicos. Pequenas alterações genéticas em genes mestres específicospodem levar a grandes alterações evolutivas.

A partir da década de 1980 houve um crescimento exponencial em pesquisas sobre oDNA. É interessante lembrar que esta molécula é também "um fóssil", isto porque, muito do queocorre na história evolutiva de uma espécie fica gravado na seqüência de quatros letras quecompõem o DNA. Além de esclarecem como um ser vivo funciona, o estudo dos genes egenomas também conta, ao menos parte, a história de como os seres vivos evoluíram e com quevelocidade. A lógica que está por trás desses estudos filogenéticos moleculares é o seguinte:

1) o DNA é composto por 4 diferentes nucleotídeos A, T, C e G;2) durante a evolução o DNA vai mudando e se temos um determinado nucleotídeo em

uma posição, ele pode mudar para qualquer um dos outros três nucleotídeos;3) quanto mais longo for o tempo em que dois organismos compartilham um ancestral

comum, quanto mais diferente será a sua seqüência de DNA (ver a Figura 3 ).

Figura 3 – Seqüência de DNA de um mesmo gene presente em humanos, ratos, sapos, peixes, moscas ebactérias. Note que quanto mais afastados evolutivamente são os organismos, maior as diferenças na seqüência dos genes.

Com o decorrer do tempo novos genes são estudados e a seqüência de suas “quatro letras”vão sendo determinada, essas seqüências são depositadas em bancos públicos de seqüências, comopor exemplo no GENEBANK - http://www.ncbi.nlm.nih.gov.

O acúmulo de seqüências de DNA dos mais variados tipos de organismos, nos bancos deseqüências, permitiu que se chegasse a algumas valiosas conclusões. Por exemplo, nos genes maisimportantes geralmente a taxa de mudanças é muito pequena. Já em genes menos importantesessa taxa é um pouco maior. Isto ocorre porque nos genes importantes poucas mudanças sãopossíveis sem comprometer o bom funcionamento do organismo. No entanto, em muitosorganismos a maior parte do DNA não corresponde a nenhum gene, ou seja não é responsável pornenhuma característica ou função, sendo chamado por muitos de DNA lixo. Por exemplo, 95%do genoma humano é composto por esse tipo de DNA. O “DNA lixo” muda muito maisrapidamente que o DNA que corresponde a genes. Porém, mais do que variar em uma taxa maior,este tipo de seqüência muda a uma taxa constante no tempo, que corresponde a aproximadamente1,5% por milhão de anos. Assim, se compararmos uma região de "DNA lixo" com 100

nucleotídeos de duas espécies que se separaram a um milhão de anos, vamos encontrar algo como3 nucleotídeos diferentes (1,5% para cada espécie). Como esta taxa é constante no tempo,podemos comparar o número de diferenças no DNA de duas espécies que, pela ausência defósseis, não temos informação de quando divergiram, e assim determinar o tempo em que elas sesepararam. Por isso, este método é chamado de relógio molecular.

Recentemente as pesquisas genômicas, em que todo o DNA de uma espécie é seqüenciado,permitiram avanços ainda maiores de compreensão do processo evolutivo. Uma das importantescontribuições dessas pesquisas foi a constatação de que somos mais parecidos com as moscas ecom os ratos do que pensávamos. Entre homens e camundongos por exemplo, as similaridadesvão muito além do fato de que estas duas espécies gostam de queijo. Na verdade, temosaproximadamente o mesmo número de genes, com seqüência bastante similar. Dos 30.000 genesdos camundongos, 99% tem seu correspondente em humanos. Mas as similaridades não param ai.A ordem com que os genes estão dispostos nos cromossomos é bastante conservada. As diferençasde ordem encontradas, podem facilmente ser explicadas por rearranjos cromossômicos quetrocaram a ordem de blocos de genes, mas dentro dos blocos, a ordem dos genes continua amesma. Ainda mais, até os locais nos cromossomos onde se acumulam o dito “DNA lixo” ébastante conservado. Por que os dois genomas guardam o “lixo” nos mesmos lugares? Só oavanço nas pesquisas genômicas poderá responder a esta pergunta.

Outra novidade das pesquisas genômicas é a constatação da evolução reticulada. Esta é,sem dúvida, uma alteração importante a analogia da árvore evolutiva de Darwin. Hoje sabemosque, olhando mais de perto a árvore, podemos perceber que existe passagem de informaçãogenética de uma espécie para outra. Ou seja, os galhos não são “únicos” mas, ao contrário, sofremanastomoses (ver Figura 4). Muitas vezes ocorre a entrada de informação genética no genoma deuma espécie vinda de espécies muito distantes.

Já a bastante tempo sabemos que as mitocôndria presentes nas células de plantas e animaisforam “bactérias” que entraram tempos atrás em células maiores e selaram uma simbiose, a“célula maior” fornecia nutrientes e a bactéria, que era aeróbica, fazia a oxidação completa dosalimentos, fornecendo ATP em abundância. Nascia assim a célula eucariótica. Da mesma formaos cloroplastos das plantas tiveram origem semelhante, pela simbiose com algas. Temosexemplos desse tipo de simbiose bem mais recente. Por exemplo, vários insetos têm célulasespecializadas que contém grande número de bactérias endosimbiontes que são responsáveis porfunções específicas. Nas células dos “rins” das baratas, chamado de túbulos de malpighi, existembactérias envolvidas na reciclagem do ácido úrico. Se tratadas com antibióticos que eliminem asbactérias, as baratas acumulam ácido úrico, sem conseguir eliminá-lo. Existem vários outrosexemplos de bactérias que vivem dentro de células de animais, exercendo ai importantes funções,através de uma relação de simbiose.

Mas a evolução reticulada é muito mais que isto. Por exemplo, no genoma humanoexistem 233 genes que codificam proteínas e que foram importadas de bactérias. Isto quer dizer,que no nosso processo evolutivos, incorporamos genes de bactérias e estes hoje tem importantefunção nas nossas células.

Voltando ao “DNA lixo”, este é preponderantemente incorporado ao genoma vindo defora, principalmente de vírus. Muitos vírus, principalmente os retrovírus, alojam o seu genoma nonosso genoma. Por exemplo, no genoma humano 37% corresponde a esse tipo de seqüência.Assim, nosso genoma é, literalmente, um museu de infecções virais sofrida pela humanidade e pornossos ancestrais. As viroses fizeram-nos o que somos hoje.

Figura 4 - Figura mostrando uma árvore evolutiva em que podemos ver no detalhe o padrão deevolução reticulada. No decorrer da evolução ocorre transferência horizontal de informação genética(TH) entre as diferentes espécies.

A árvore darwiniana já não pode mais ser vista como nos pintou Darwin, com um troncoúnico se bifurcando em galhos cada vez menores até chegar as folhas nas pontas dos galhos, queseriam as espécies. A árvore darwiniana “atual” mostra galhos que se anastomosam, que emitempequenos galhos e se unem com outros. A evolução é reticulada. Isto não corresponde a tirarméritos da genialidade de Darwin. Somente agora, com o uso de ferramentas poderosasconseguimos ver esse detalhe do processo.

O avanço fantástico ocorrido em várias áreas das Ciências Biológicas, no final do séculoXX e que prossegue no início desse século, permite que se entenda cada vez melhor como ocorreue ocorre o processo evolutivo. Durante muito tempo este conhecimento teve sua importânciaapenas para saciar a nossa curiosidade sobre nossa origem (se é que isto é pouco). Atualmente,entretanto, o conhecimento evolutivo tem se tornado de fundamental importância prática emvárias áreas do conhecimento humano, como na medicina, farmacologia, psicologia, agricultura,entre outros. Para exemplificar este ponto, podemos lembrar que para o entendimento defenômenos como a evolução da resistência bacteriana a antibióticos ou de vetores de doenças asdrogas usadas em seu controle, precisamos empregar o enfoque darwiniano. Além disso, oentendimento do processo de evolução molecular tem permitido a busca, em organismos modelocomo o rato, de proteínas alvo para criar drogas específicas contra determinadas enfermidades. A

sociedade brasileira de Genética, mantém em seu site um excelente livro on line discutindo estesassuntos (http://www.sbg.org.br/EvCiSo.pdf).

A questão da origem da vida

Nem Darwin, nem os formuladores do neodarwinismo se ocuparam de explicar como avida surgiu, mas sim como que, dada à existência de seres vivos, eles mudam com o tempo.Evoluem.

Como surgiu a vida era uma pergunta sem nenhum, ou com muito pouco sentido até aépoca de Darwin, isto porque era “natural” acreditar que a vida surgia espontaneamente. A teoriada geração espontânea teve uma morte lenta. Começou com os experimentos do italianoFrancesco Redi (1668) mostrando que moscas não se geravam em um pedaço de carne, se essafosse coberta com um fino pano que impedisse a moscas adultas de pôr ovos na carne. Por fim, osclássicos experimentos de Pasteur (1860), demonstraram cabalmente que a geração espontâneanão ocorre.

A vida qual a conhecemos hoje é extremamente dependente de uma estrutura, a célula.Nem todas as formas de vida possuem célula. Os vírus, hoje inequivocamente considerados vivos,não são formados por células, mas precisam invariavelmente de células “hospedeiras” paraexercer suas características de ser vivo.

Portanto, a questão da origem da vida pode ser colocada em como surgiram as primeirascélulas. Desde Pasteur sabemos que as células não se geram espontaneamente. Então, a questão decomo surgiram as primeiras células passa a ser uma questão fundamental.

As células são estruturas muito complexas. Mesmo as células mais simples, como asbactérias são formadas por milhares de moléculas diferentes. Estas moléculas, por si só sãotambém complexas. Geralmente são moléculas enormes, ditas macromoléculas, e que precisam debastante informação para serem construídas. Vamos abordar rapidamente como puderam surgirestas macromoléculas.

As macromoléculas orgânicas, que são os componentes básicos da formação das células,podem ser classificadas em quatro grupos: i) as proteínas que são por sua vez formadas poraminoácidos; ii) os ácidos nucléicos (DNA e RNA) que são formados por unidades menoreschamadas de nucleotídeos; iii) os glicídeos e iv) os lipídeos. Uma das primeiras questões a serrespondida com relação à origem da vida diz respeito à fonte dos componentes fundamentais parafazer as macromoléculas biológicas. Atualmente, os aminoácidos que compõe as proteínas dosseres vivos, assim como os nucleotídeos, lipídeos, glicídios usados pelos seres vivos para fazersuas células são sintetizados pelos próprios seres vivos. De onde vieram os componentes parafazer as primeiras células se estes componentes são sintetizados pelas células? O primeiro passo para se responder este paradoxo foi dado por Friedrich Wöhler em 1832,quando demonstrou que um composto inorgânico, o cianato de amônia, quando aquecido produzum composto orgânico, a uréia. No final do século XIX várias moléculas importantes como oaminoácido glicina e açucares foram sintetizados a partir do modelo fornecido por Wöhler.

Em 1923 Oparin, na Rússia, propôs que a atmosfera da Terra deveria ter sido, no passado,diferente da atmosfera de hoje. Em particular, ela não deveria conter oxigênio, mas simhidrogênio e outros compostos redutores como o metano e a amônia. Oparin propôs também que amatéria orgânica formou-se espontaneamente na atmosfera redutora sob influência da luz do Sol,

dos relâmpagos e das altas temperaturas. Idéias semelhantes foram divulgados independentementepelo inglês J.B. S Haldane.

Em 1953, Stanley Miller, na Universidade de Chicago, baseado nas suposições de Oparin,submeteu uma mistura de metano, amônia, hidrogênio e água à ação de descargas elétricas. Aofim de uma semana, o conteúdo do aparelho foi submetido a uma análise minuciosa. Os resultadosforam surpreendentes. Cerca de 15% do carbono, que originalmente estava na “atmosfera” agoraestava no “oceano” fazendo partes de importantes compostos bioquímicos como váriosaminoácidos, nucleotídeos e açúcares.

Mais recentemente verificou-se que muitos dos compostos orgânicos que compõe os seresvivos são abundantes no espaço interestelar. Estas descobertas foram confirmadas com a presençade aminoácidos no meteorito Murchison (1970). Assim, a queda de meteoros e da poeira cósmicapoderia ter sido outra fonte importante de compostos orgânicos fundamentais para a formação dasprimeiras células.

No entanto, se não é difícil explicar como surgiram os componentes básicos para fazer asmacromoléculas que compõe as células, explicar o surgimento das macromoléculas e células ébastante complicado. Imaginar que os aminoácidos, nucleotídeos e demais moléculas que seformaram espontaneamente no oceano primitivo, a partir da atmosfera redutora e relâmpagos,prontamente se uniram e formaram macromoléculas e estas se organizaram em células, tal qual asconhecemos hoje é acreditar no impossível. Isto corresponde a imaginar que se um furacãopassasse por um ferro velho e fizesse engrenagens, latas, correias, portas e outros componentes semovimentarem com o vento e fruto desse movimento casual resultasse na montagem de umaFerrari. E funcionando!

Primeiramente, temos de lembrar que a origem da vida não foi um fenômeno rápidocomo um furacão, mas sim um fenômeno gradual que levou milhares de anos. Mas antes deconsiderar como hoje entendemos que deve ter acontecido estes primeiros passos da origem davida, vamos rever rapidamente qual à distância que teve de ser percorrida entre a formação doscomponentes bioquímicos que compõem as células até o surgimento das células.

No decorrer da semana que estou escrevendo este texto, o cientista que se notabilizou porseu papel nas pesquisas genômicas, o norte americano Craig Venter, chamou a atenção da mídiapor um novo projeto, o de criar um genoma mínimo. O seu objetivo é montar em “tubo de ensaio”um cromossomo bacteriano contendo o número mínimo de genes necessário para fazer uma célulafuncionar. O número estimado é de aproximadamente 350 genes. Depois de montado ocromossomo “artificial” este será colocado em uma célula bacteriana em que foi retirado ocromossomo “natural”. Espera-se que a célula continue funcionando e transforme-se em umacélula nova, de uma espécie que nunca existiu até então. Ainda não é uma célula totalmente feitapelo homem, mas será um passo importante nesta direção. Dado este passo, o que faltará para sefazer vida “in vitro”? Depois de ter montado um cromossomo artificial, faltará juntar os demaiscomponentes mínimos, que fazem uma célula funcionar. Dezenas de proteínas e enzimas capazes“ligar” e fazer a transcrição dos genes, ribossomos, tRNAs, nucleotídeos e aminoácidos... Alémdo mais, precisamos isolar tudo isto com uma membrana lipídica e nesta membrana devem existirproteínas capazes de selecionar o que deve entra e sair da célula. Mondada a célula, talvez elaainda não funcione e teremos de descobrir o que ainda está faltando até que tudo funcione. Emalguns anos mais o homem estará fazendo vida.

Na Figura 5 temos um esquema do que se faz necessário para obtermos a tal célulamínima, feita no tubo de ensaio. No cromossomo com o genoma mínimo está codificado, nos 350genes, como deve ser as 350 proteínas que farão a célula funcionar. Mas só colocar umcromossomo dentro de uma membrana não fará a célula funcionar pois o DNA sozinho não

consegue sintetizar as proteínas. Para tal ele precisa ser copiado a RNA por proteínas específicas.Estas proteínas por sua vez já precisam estar presentes, além de necessidade de RNAs para fazeros ribossomos e para transportar os aminoácidos. Uma vez mais precisamos de outras proteínasespecíficas. O “segredo” de como fazer estas proteínas “está escrito” no DNA, mas para ler estamensagem precisamos das proteínas. Cada proteína tem de ter a sua constituição precisamentedeterminada pela seqüência de seus constituintes, os aminoácidos. Assim, não basta colocar umgrupo qualquer de proteínas. Elas têm de ser harmonicamente escolhidas.

Além disso, O DNA tem a capacidade de ser um molde para sua própria reprodução, assimmantendo a informação de geração a geração. Essa capacidade de replicação é característica dosácidos nucléicos (DNA e RNA), já as proteínas não possuem essa propriedade. No entanto, doponto de vista funcional, o DNA é uma molécula um tanto “inútil”. Por ser muito regular ehomogênea do ponto de vista estrutural e tridimensional, esta molécula não é capaz de catalisarreações químicas, ligar ou reconhecer substratos, nem mesmo fazer sua principal atribuição que éa replicação, sem a ajuda das proteínas. Já as proteínas são muito polivalentes. Quase atotalidade das reações químicas de um ser vivo é catalisada por elas, no entanto não sãomoléculas capazes de se duplicar. Não conhecemos nos sistemas vivos, nenhuma proteína que sejacapaz de se reproduzir. Sempre a informação necessária para a síntese de proteínas está contidanas “monótonas” moléculas dos ácidos nucléicos. Chegamos a um paradoxo. Para fazer a célula funcionar precisamos das proteínas. O“segredo de como fazer as proteínas está escrito no DNA. Mas o DNA, para ser lido, precisa dasproteínas. Para fazer DNA precisamos de proteínas e para fazer proteínas precisamos do DNA. Oque veio primeiro, a informação ou a função? Enfim a velha pergunta: quem veio primeiro: o ovoou a galinha? O DNA ou a proteína?

Figura 5- O fluxo de informação genética dentro da célula. Para fazer as proteínas, a informação contida no DNA é copiada noRNA e posteriormente traduzida para as proteínas. São as proteínas que vão fazer a célula funcionar, inclusive copiar o DNA paraRNA e duplicar o próprio DNA.

A questão do ovo e da galinha não tem solução se ficarmos restrito a um tempo curto deanálise. Para resolvê-lo precisamos colocar um longo vetor de tempo. Assim, veremos que aresposta pode ser: os répteis e olhando melhor no tempo passaremos pelos anfíbios, peixes,

bactérias, primeiras células.... O ovo e a galinha fazem parte de uma longa história evolutiva, quesó fazem sentido quando analisada como um todo (Figura 6).

Figura 6 - O paradoxo de quem veio primeiro, o ovo ou a galinha, deixa até mesmo as galinhas tontas sem ver uma solução. Noentanto se olharmos com uma janela de tempo suficientemente grande, veremos que não há paradoxo algum. Vieram antes osrépteis que já se reproduziam por ovos, e os anfíbios que tinham ovos mais simples e ...

O mundo de RNA

O paradoxo de quem veio primeiro, o DNA ou a Proteína é portanto respondido: O RNA.Sabemos hoje que o RNA tem capacidade catalítica e é uma molécula muito mais dinâmica doque o monótono DNA. O RNA tem a capacidade de adotar diversas formas tridimensionais e atéhoje, nas células, executam diversas funções decorrentes de sua forma, como transportaraminoácidos e mesmo algumas funções catalíticas, através das ribozimas, que são enzimas feitasde RNA. O RNA tem capacidade também de replicação, ou seja, de ser molde para fazer outramolécula igual a si própria. Assim, o RNA possui as características presentes no DNA e nasproteínas reunidas em uma única molécula. Vários estudos têm mostrado a versatilidade do RNApara exercer diversas funções hoje desempenhadas pelas proteínas.

O biólogo molecular Walter Gilbert, em 1986 criou o termo “mundo de RNA” paradesignar esta fase da origem da vida em que as propriedades hoje desempenhadas pelo DNA eproteínas eram feitas pelo RNA. Segundo Gilbert, nos primeiros estágios da origem da vida, asmoléculas do RNA evoluíram para um padrão de auto-replicação e usando a recombinação e amutação, começaram a explorar novos nichos, desenvolvendo um amplo espectro de atividadesenzimáticas. No próximo passo o RNA começou a sintetizar proteínas, primeiro por desenvolveradaptadores de RNA que podiam ligar-se a aminoácidos ativados e posteriormente arranjando-osde acordo com um molde de RNA. Este processo levou ao surgimento das primeiras proteínas aserem sintetizadas seguindo um código de um genoma. Após esta etapa, uma membrana envolveuestes componentes e surgiu uma protocélula. Depois disso o RNA vai gradualmente passando asatividades funcionais para as proteínas que ele “sabe” como sintetizar. Posteriormente uma novamolécula muito mais estável, O DNA, entra em cena. Através de um mecanismo hoje bemcompreendido, a transcrição reversa, a informação de como fazer as proteínas que estava noRNA, vai sendo transferido para o DNA. Surgiam assim as primeiras células. Na Figura 7podemos visualizar os principais passos da origem da vida.

Figura 7 - Principais passos da origem da vida. Os componentes básicos para a formação das macromoléculasbiológicas foram sintetizados por ação da temperatura e descargas elétricas na atmosfera primitiva. Sofreram umprocesso de polimerização e assim surgem moléculas auto-replicantes de RNA. No mundo de RNA, estas moléculassão separadas por membranas lipídicas, junto com polipeptídeos rudimentares, formando as protocélulas. A evoluçãodarwiniana dos replicadores de RNA leva a transferência da atividade funcional para as proteínas e posteriormentetransfere a atividade de informação genética para o DNA . Surge a célula moderna.

Passaram-se 4,5 bilhões de anos desde a formação da Terra (ver Figura 8). Este é umespaço de tempo longo demais para ser facilmente assimilável por nossa experiência cotidiana portermos nosso cérebro programado para pensar e sentir em unidades de tempo bem mais curtascomo minutos, horas, dias... Este período é longo o suficiente para permitir a origem da vida esua diversificação. Estima-se que hoje tenhamos algo em torno de 3,6 a 100 milhões de espéciesno planeta*. Esta é uma história fantástica, rica em detalhes e cada um que tenta desvendar umdesses detalhes acaba por descobrir outros, geralmente ainda mais encantadores. E por serHistória, ajuda a entender, ao menos um pouco, o que somos e como chegamos a ser quem somos.

*Dessas, 1,9 bilhões foram formalmente descritas É surpreendente que em pleno Século XXI nossas estimativas debiodiversidade sejam ainda tão pouco precisas. (Para uma discussão deste tema, ver Wilson, 2002)

Figura 8 - Principais momentos da evolução, da formação da Terra a 4,5 bilhões de anos passados até o presente emque temos milhões de espécies presentes no planeta. (modificado de Joyce, 2002).

Bibliografia

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