BIOLOGIA

ORIGEM DA VIDA

VOCÊ APRENDERÁ NA AULA DE HOJE:

• A Teoria da Geração Espontânea (Abiogênese) e a

Biogênese;

• Experimentos de diversos cientistas sobre a formação do

primeiro ser vivo;

• Panspermia e evolução química;

• As condições da Terra primitiva;

• O surgimento do primeiro ser vivo, hipótese heterotrófica

e autotrófica;

• Surgimento dos Ácidos Nucléicos: DNA e RNA.

FORMAÇÃO DA TERRA

Formado a partir de nuvem cósmica que originou o sol

O resto de nuvem cósmica toma forma de disco

girando ao redor do sol

Aproximadamente entre 4,5 e 5 bilhões

de anos

Condensação de poeira cósmica e gases

ORIGEM DA VIDA

• Até meados do séc. XIX, acreditava-se que seres podiam surgir espontaneamente da matéria não-viva.

• Hoje, sabe-se que um ser vivo surge somente através da reprodução.

• Biogênese versus abiogênese.

BIOGÊNESE X ABIOGÊNESE

• Antes de discutirmos como as primeiras moléculas capazes de se reproduzir foram formadas em um ambiente primitivo devemos entender como foi demonstrado que apenas vida gera vida, ou seja que não há surgimento de vida a partir da matéria bruta, inanimada.

• Hoje esta idéia é amplamente aceita, mas nem sempre foi assim, durante anos se acreditou que a vida podia ser originada a partir “do nada”.

Hoje sabemos que a vida surgiu em condições especiais e únicas, em ambientes altamente instáveis como os lagos termais (foto ao lado), no entanto nem sempre foi assim, durante anos se acreditou na idéia de geração espontânea da vida.

DEFENSORES DA ABIOGÊNESE

Helmont; Needham; Aristóteles; William Hárvey; Isaac Newton; René Descartes.

CRÍTICOS DA ABIOGÊNESE

Redi; Joblot; Spallanzani; Louis Pasteur.

ABIOGÊNESE

Jan Baptista Van Helmont (1577-1644)

“(...)coloca-se, num canto sossegado e pouco iluminado, camisas sujas. Sobre elas espalham-se grãos de trigo, e o resultado será que, em 21 dias, surgirão ratos.”

Francesco Redi(1626-1697)

Redi combateu uma das principais evidências da abiogênese: o aparecimento “espontâneo” de “vermes” em carne podre.

Hipótese de Redi: “Os seres vermiformes que surgem na carne em putrefação são larvas, um estágio do ciclo de vida das moscas. As larvas devem surgir de ovos colocados por moscas, e não por geração espontânea a partir da putrefação da carne”.

EXPERIMENTO DE REDI

ORIGEM DA VIDA

• Meados do século XVII: descoberta dos micróbios(Antonie van Leeuwenhoek).

• Reanimação da hipótese da geração espontânea.

• Os abiogenistas achavam que seres tão pequenos e simples como os micróbios não se reproduziam, surgindo por geração espontânea.

Louis Joblot (1645-1723)

•Em 1711, ferveu um caldo nutritivo à base de carne e repartiu-o entre duas séries de frascos: uns abertos e outros tampados com pergaminho.

•Após alguns dias, os frascos abertos estavam repletos de micróbios, enquanto os frascos tampados continuavam inalterados.

•Conclusão de Joblot: Os micróbios surgiam de “sementes” provenientes do ar, e não por geração espontânea a partir do caldo.

John Needham(1713-1781)

• Hipótese da geração espontânea ganha novo impulso.

• Colocou caldo nutritivo em diversos frascos, fervendo-os por 30 minutos e tampou os frascos com rolhas.

• Depois de alguns dias, os caldos estavam repletos de micróbios. Argumentou então que os seres presentes nos caldos surgiram por geração espontânea.

Lazzaro Spallanzani(1729-1799)

• Realizou experimentos semelhantes aos de Needham, mas obteve resultados diferentes.

• As infusões preparadas por Spallanzani, muito bem fervidas e cuidadosamente arrolhadas, continuaram livre de micróbios.

NEEDHAM X SPALLANZANI

• Após a descoberta dos microrganismos as discussões sobre a origem da vida são novamente retomadas.

- Needham (1745) era defensor da abiogênese.

- Spallanzani (1770) era defensor da biogênese.

Needham

Spallanzani

Caldo nutritivo Fervura leve Líquido turvo c/ microorganismos

Caldo nutritivo Fervura Líquido límpido s/ microorganismos

• Argumento de Spallanzani: Needham não ferveu o caldo por tempo suficiente ou não vedou os frascos de forma eficiente.

• Resposta de Needham: A fervura por tempo prolongado destruía a “força vital” presente no caldo.

• François Appert: Aproveitou as experiências de Spallanzani e inventou a indústria de enlatados.

PASTEUR E A DERRUBADA DA ABIOGÊNESE

Louis Pasteur(1822-1895)

• Experiência nos Alpes – Pasteur Levou frascos de vidro fechados completamente contendo caldo nutritivo até as altitudes dos Alpes.

• Abriu os frascos para que os caldos ficassem expostos ao ar das montanhas; depois, foram novamente derretidos e fechados.

• De volta ao laboratório, verificou que apenas um 1 dos vinte frascos abertos nas montanhas havia se contaminado.

• Os frascos com pescoço de cisne: novo experimento.

• Pasteur amoleceu os gargalos no fogo, esticando-os e curvando-os em forma de pescoço de cisne; em seguida ferveu os caldos até que saísse vapor pela extremidade dos gargalos.

• À medida que esfriava, o ar penetrava pelo gargalo, mas as partículas do ar ficavam retidas nas paredes do gargalo em forma de pescoço; Nenhum frasco se contaminou.

• Derrubada definitiva da hipótese da geração espontânea.

• Argumento de Pasteur: O ar das montanhas continha muito menos “sementes” de organismos microscópicos do que o ar da cidade, onde qualquer frasco aberto sempre se contaminava.

• Na presença de membros da academia, quebrou o gargalo de alguns frascos, expondo os caldos ao ar da cidade; 3 dias depois, todos os frascos haviam sido contaminados.

• Comissão julgadora solicitou mais provas.

EXPERIMENTO DE PASTEUR

PASTEUR (1860)

Confirmação da Biogênese

AGORA VAMOS RESPONDER AS SEGUINTES QUESTÕES:

1) (UFF) - Podemos dizer que as primeiras células surgiram por geração espontânea?

RESPOSTA:

Sim. Gases inorgânicos da atmosfera primitiva reagiram para formarem as primeiras moléculas orgânicas .

2) (UFBA) - Essa idéia de geração espontânea é igual à defendida pelos seguidores da abiogênese?

RESPOSTA:

Não. A abiogênese defendia que até hoje certos seres surgiam a partir da matéria inanimada graças ao princípio vital nela contida. A geração espontânea aconteceu unicamente na Terra primitiva – há 3,4 bilhões de anos – para formar os primeiros seres e a partir de então cada ser surge de outro pré-existente.

TEORIAS MODERNAS SOBRE A ORIGEM DA VIDA

• PANSPERMIA: baseada no surgimento da vida em outro planeta, sendo que os cosmozoários teriam alcançado a Terra através de meteoritos.

• CRIACIONISMO: Os seres vivos teriam sidos criados por ato. Divino e não sofreriam modificações ao longo do tempo (Fixismo).

• EVOLUÇÃO MOLECULAR: a vida é resultado de um processo químico em que compostos orgânicos se combinam formando moléculas dando origem a estruturas com capacidade de autoduplicar.

TEORIA DA EVOLUÇÃO QUÍMICA OU MOLECULAR

Aleksandr I Oparin (1894-1980)

• Admite-se que a vida seja resultado de um processo de evolução química em que compostos inorgânicos se combinaram, originando moléculas orgânicas simples (a.a., açúcares, bases nitrogenadas etc.).

• Estas, por sua vez, combinaram-se produzindo moléculas mais complexas (proteínas, lipídios, ácidos nucléicos etc.) com capacidade de autoduplicação e metabolismo.

- Atmosfera primitiva – CH4 (Metano), NH3 (Amônia), H2 (Hidrogênio) e H2O (vapor d’água).

- Descargas elétricas e radiação ultravioleta.

- Reações químicas ao acaso com formação de compostos orgânicos (aminoácidos).

- Chuvas (carregamento dos aminoácidos para a superfície).

- Reação entre os aminoácidos na superfície de rochas quentes (formação de proteínas)

- Carregamento das proteínas para os mares primitivos (sopa orgânica).

- Formação de coacervados protéicos.

- Capacidade de autoduplicação (primeiros seres vivos).

TERRA PRIMITIVA

COACERVADOS

• Moléculas orgânicas complexas.

• Agregação das moléculas orgânicas.

“AGLOMRADOS DE PROTEÍNAS QUE SE FORMAM ESPONTANEAMENTE EM SOLUÇÕES AQUOSAS”.

• Metabolismo energético dos primeiros seres vivos (teoria heterotrófica).

• Segundo Oparin os primeiros seres vivos eram obtinham nutrientes do próprio ambiente, sendo heterótrofos fermentadores.

• A atividade fermentadora produziu e aumentou a concentração de CO2 na atmosfera, criando condições para o surgimento dos primeiros organismos autótrofos fotossintetizantes

• A atividade fotossintética produziu e acumulou O2 na atmosfera, criando condições para o surgimento dos primeiros organismos aeróbicos além da formação da camada de ozônio.

EXPERIMENTO DE MILLER

Stanley Miller (1953)

• Simulou as condições da terra primitiva.• Obteve aminoácidos: alanina, glicina e outras moléculas

orgânicas simples.• Comprovou a Teoria de Oparin.• Misturou CH4, NH3 , H2 e H2O.• Submetidas com descargas elétricas (simulando raios)

durante uma semana.• Encontrou aminoácidos no líquido.

• Em 1953, Stanley Miller colocou num balão de vidro: metano, amônia, hidrogênio e vapor de água. Submeteu-os a aquecimento prolongado. Uma centelha elétrica de alta tensão cortava continuamente o ambiente onde estavam contidos os gases. Ao fim de certo tempo, Miller comprovou o aparecimento de moléculas de aminoácido no interior do balão, que se acumulavam no tubo em U.

PRIMEIRO SER VIVO

Hipótese Heterotrófica

• Primeiros seres vivos não eram capazes de sintetizar seu próprio alimento.

• Acredita-se que, com escassez do alimento passaram a sintetizar seu próprio alimento.

•Surgimento dos primeiros seres vivos autotróficos.

Hipótese Autotrófica

• Mais aceita atualmente.

• Sintetizavam seu próprio alimento através de substâncias orgânicas(arqueobactérias).

QUEM VEIO PRIMEIRO RNA OU DNA?

• O experimento de Miller deu mais clarividência a como a atmosfera primitiva gerou as primeiras moléculas que hoje sabemos estar envolvidas com a hereditariedade: DNA, RNA e proteínas.

• Sabemos hoje como estas moléculas se relacionam na maioria dos organismos onde o DNA se replica originando mais DNA ou é transcrito originando RNA que depois será traduzido originando proteínas.

• No entanto a pergunta que fica é: Quem eram os primeiros replícons, as primeiras moléculas capazes de se reproduzir? Como eles se replicavam?

• A descoberta dos retrovírus na década de 70 trouxe luz a esta discussão, pois a maioria dos pesquisadores não sabiam explicar quando surgira o RNA, o interlocutor entre DNA e proteína.

• Hoje acredita-se que as primeiras moléculas replicadoras são semelhantes aos RNAs dos retrovírus e que foram capazes de originar moléculas de DNA, além de se replicar.

• Assim a proposta é que a vida se origina tendo o RNA como molécula principal no mundo de pre - RNAs e RNAs e só depois que as moléculas de DNA e proteínas assumem o protagonismo.

Para finalizar a aula responda as seguintes questões:

1) (UFGO) - Qual foi o acontecimento que marcou o surgimento da primeira célula? 

RESPOSTA:

A combinação de coacervados – aglomerados protéicos – Isso possibilitou o surgimento da reprodução que caracteriza a VIDA.

2) (UFRJ) -  Como eram os primeiros genes?

RESPOSTA:

As primeiras moléculas hereditárias eram cadeias pequenas de RNA.

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA

AMABIS, José Mariano; MARTHO, Gilberto Rodrigues. Biologia das Células. 2ª. ed. São Paulo: Editora Moderna, 2004, 22 a 34 pgs.