Aula 3- Antropoceno - 2023 - Origem da vida na Terra

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“A atividade biológica é o fator mais importante dos ciclos geoquímicos na Terra…
Então, uma pergunta-chave na evolução de nosso planeta seria: Quando surgiu
vida na Terra e começou a interferer nos ciclos geoquímicos na hidrosfera-atmosfera-
-litosfera?”
384AC – 322AC
Aristóteles
Geração espontânea
A primeira hipótese sobre a criação da vida foi proposta pelo grande filósos Aristóteles que viveu na Grécia, 4 a 3 séculos antes de Cristo. E essa hipóstes era baseada na ideia de que organismos surgiam espostaneamente de algum substrato.
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Lendo esse extraordinário livro sobre história da ciência, eu aprendi que por muitos séculos as sociedades acreditavam que tudo já tinha sido descrito pelos gregos, então não havia muita curiosidade, consequentemente não havia ciência, pois ninguém questionava nada. 
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Revolução Científica
1543 of Nicolaus Copernicus’ 
De revolutionibus orbium coelestium 
(On the Revolutions of the Heavenly Spheres)
A primeira obra foi publicada em 1543 por Nicolaus Copernicus e propunha uma nova teoria planetária, onde o Sol seria o centro do Universo e não a Terra, como pregado por Ptomeu um filósofo grego. 
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1620 – Francis Bacon’s ("Novum Organum, Scientiarum”)
Um nova interpretação da natureza
Bacon é considerado o pai da ciência moderna. 
Em 1620, Francis Bacon, um Ingles, publicou em latim o Novum Organum Scientiarum, o que seria uma nova interpretação da natureza, onde Bacon propunha que somente a experimentação levaria a verdade. A capa ilustra uma nau cruzando o estreiro de Gilbraltar e partindo na travessia do Atlantico, trazendo novos conhecimentos para a humanidade. Bacon é considerado o pai da ciência moderna. 
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1632 -Galileo’s (“Dialogo sopra il due massimi sistemi del mondo») Dialogue Concerning the Two Chief World Systems
Finalmente, em 1632, Galileo publica o seu Dialogo sopra il due massimi sistemi del mondo – heliocentrismo x geocentrismo. Heresia pura!
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People and key ideas that emerged from the 16th and 17th centuries:
Nicolaus Copernicus (1473–1543) published On the Revolutions of the Heavenly Spheres in 1543, which advanced the heliocentric theory of cosmology.
Andreas Vesalius (1514–1564) published De Humani Corporis Fabrica (On the Structure of the Human Body) (1543), which discredited Galen's views. He found that the circulation of blood resolved from pumping of the heart. He also assembled the first human skeleton from cutting open cadavers.
The French mathematician François Viète (1540–1603) published In Artem Analyticem Isagoge (1591), which gave the first symbolic notation of parameters in literal algebra.
William Gilbert (1544–1603) published On the Magnet and Magnetic Bodies, and on the Great Magnet the Earth in 1600, which laid the foundations of a theory of magnetism and electricity.
Tycho Brahe (1546–1601) made extensive and more accurate naked eye observations of the planets in the late 16th century. These became the basic data for Kepler's studies.
Sir Francis Bacon (1561–1626) published Novum Organum in 1620, which outlined a new system of logic based on the process of reduction, which he offered as an improvement over Aristotle's philosophical process of syllogism. This contributed to the development of what became known as the scientific method.
Galileo Galilei (1564–1642) improved the telescope, with which he made several important astronomical observations, including the four largest moons of Jupiter (1610), the phases of Venus (1610 – proving Copernicus correct), the rings of Saturn (1610), and made detailed observations of sunspots. He developed the laws for falling bodies based on pioneering quantitative experiments which he analyzed mathematically.
Johannes Kepler (1571–1630) published the first two of his three laws of planetary motion in 1609.
William Harvey (1578–1657) demonstrated that blood circulates, using dissections and other experimental techniques.
René Descartes (1596–1650) published his Discourse on the Method in 1637, which helped to establish the scientific method.
Antonie van Leeuwenhoek (1632–1723) constructed powerful single lens microscopes and made extensive observations that he published around 1660, opening up the micro-world of biology.
Christiaan Huygens (1629–1695) published major studies of mechanics (he was the first one to correctly formulate laws concerning centrifugal force and discovered the theory of the pendulum) and optics (being one of the most influential proponents of the wave theory of light).
Isaac Newton (1643–1727) built upon the work of Kepler, Galileo and Huygens. He showed that an inverse square law for gravity explained the elliptical orbits of the planets, and advanced the law of universal gravitation. His development of infinitesimal calculus (along with Leibniz) opened new applications of the methods of mathematics to science.
Aqui, somente para exemplificar, segue em ordem cronológica as principais publicações que compõe a primeira fase da revolução científica. 
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1542 – On the History of Plants by Leonhart Fuchss 
De interesse para nós, eu mostro aqui um template sobre a ilustração detalhada de uma planta publicada em 1542 no livro escrito por Leonhart Fuchss, com mais de 500 ilustrações como esta. 
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Von Leeuwenhoek
(1632-1723)
Se Copernio e Galileu exploraram o universe, o mundo macro, von Leeuwenhoek, construiu o primeiro microscópio, responsável pelas primeiras observações do mundo micro. 
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Francesco Redi
(1626-1697)
“Omne vivum ex ovo”
Todo ser vivo provém de um ovo
“Experiência sobre a Geração”
Francis Redi foi o primeiro a desafiar a geração exponstânea, observando moscas em vários estágios de vida, desde o ovo. Cunhou a famosa frase “Omne vivum ex ovo”. Todo ser vivo provém de um ovo. 
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Louis Pasteur
(1822-1895)
"La génération spontanée est une chimère"
O grande Lous Pasteur colocou uma pedra definitive sobre a geração espontânea através de um experiment muito elegante com frascos com pescoço de ganso e profetizou que a geração espontânea era simplesmente uma quimera. 
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"warm little pond, with all sorts of ammonia and phosphoric salts, light, heat, electricity, etc, present, that a proteine compound was chemically formed ready to undergo still more complex changes."
Charles Darwin
(1809-1882)
Carta a Joseph Hooker (botânico) – 1871:
Foi Darwin, sempre Darwin, que através de uma carta escrita em 1871 e endereçada ao grande botânico Joseph Hooker sugeriu uma hipótese que acabou sendo comprovada.
Nesta carta, Darwin dizia que em uma lagoinha quentinha havia amônia, fósforo, luz, calor, eletricidade e que moléculas de proteínas foram quimicamente formadas e essas proteínas estavam prontas a sofrer “mudanças complexas”…. Orginiando a vida. Essa lagoinha ficou conhecida como a sopa primordial. 
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Tem até uma camiseta ilustrando a sopa primordial. 
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Alexander Oparin
(1894-1980)
Andrey Kursanov
(1902-1999)
 Atmosfera sem oxigênio.
2. Nessa atmosphere, alguma forma de energia produz compostos orgânicos simples (monomeros).
3. Estes monomeros se acumularam em uma “sopa” formada.
4. Através de várias transformações, molecular orgânicas mais complexas foram formadas (polímeros) e ultimamente formas de “vida” se desenvolveram nessa sopa.
A sopa primordial
Kursanov e Oparin foram dois cientistas russos que elaboraram mais profundamente sobre a sopa primordial. 
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Harold Urey
(1893-1981)
Stanley Miller
(1930-2007)
Stanley Miller era estagiário de Harold Urey e eles foram os primeiros a mostrar que na presença de energia aminoácios se formavam a partir moléculas simples contend nitrogeno. 
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"At some point a particularly remarkable molecule was formed by accident. We will call it the Replicator. It may not have been the biggest or the most complex molecule around, but it had the extraordinary property of being able to create copies of itself.“
Richard Dawkins – The Shellfish Gene
"the quality of being copied by a Darwinian selection process.“ Andrew Brown"In summary, the rhetoric of The Selfish Gene exactly reverses the real situation: through [the use of] metaphor genes are endowed with properties only sentient beings can possess, such as selfishness, while sentient beings are stripped of these properties and called machines...The anthropomorphism of genes...obscures the deepest mystery in the life sciences: the origin and nature of mind."
Richard Dawkins, em seu livro “O Gene Egoísta” descreveu dessa forma a origem da vida, que como discutimos precisa ter um metabolism associado, mas também alguma forma de se replica. Foco muda do indivíduo para o gene. 
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Em 1986, Walter Gilbert, dá um nome ao replicator – RNA, e publica um artigo provocante chamado “The RNA world”. Nesse artigo Gilbert proclama que a vida foi formada não por proteina e RNA, mas somente por RNA, que depois começou a sintetisar proteína e finalmente DNA. 
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"warm little pond, with all sorts of ammonia and phosphoric salts, light, heat, electricity, &c., present, that a proteine compound was chemically formed ready to undergo still more complex changes."
Pearce et al. 2017 publicaram na PNAS um artigo mostrando como RNA poderia ter se formado nas WLP através da combinação de bases nitrogenadas. Para esses autores, a WLP são os melhores locais para formação da vida pois constrastam fases secas com fases úmidas, fator que altera o potencial redox e facilita a polimerização. 
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Metorito Murchison
Meteoritos são fontes de bases nitrogenadas,
os tijolinhos das moléculas de RNA
Fontes geotermais também são fontes de 
bases nitrogenadas – 4.17 bilhões de anos
Pearce et al. 2017
Esses autores também argumentaram que a fonte dessas bases nitrogenadas seriam meteoritos e não poeira cósmica. 
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Em setembro de 2022, Oba et al, publicaram na Nature este artigo mostrando que este asteroíde tinha uracil que é uma das bases do RNA-DNA.
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Fig. 2.
WLPs on early Earth. The only water source is precipitation. Water sinks include evaporation and seepage. Nucleobase sources include carbonaceous IDPs and meteorites, which carry up to 1 pg and 3 mg, respectively, of each nucleobase. Nucleobase sinks include hydrolysis, UV photodissociation, and seepage. Nucleobase hydrolysis and seepage are only activated when the pond is wet, and UV photodissociation is only activated when the pond is dry.
Pearce et al. 2017
Processos físicos e químicos que teriam ocorrido nos WLPs. 
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Primeiro organismo parece ter sido quimioautotrófico!
Weiss et al. em 2016 publicaram um artigo na Nature Microbiology levantando a hipóstese que o Last Universal Common Ancestor (LUCA) teria sido um quimioautotrófico, ou seja, tiraria energia de um reação química de oxi-redução, a redução do CO2 por H2, formando um compost orgânico e água. 
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Michod (2007)
Variação no número de células, volume da colônia e especialização cellular
em espécies de alga da ordem Volvocales
Unicelular
Chlamydomonas reinhardtii
Gonium pectorale
Eudorina elegans
Multicelular
sem especialização
Colônia esférica
SEM especialização
Pleodorina californica
Colônia esférica
COM especialização
Volvox aureus 
Espécie com células somáticas e
reproductivas
Figure 1 
Current Biology 2015 25R911-R921DOI: (10.1016/j.cub.2015.07.055) 
Archibald (2015)
Two competing evolutionary scenarios for the origin of eukaryotic cells and their mitochondria.
(A) The traditional view posits that the bulk of eukaryotic cellular complexity arose in a stepwise fashion prior to the endosymbiotic uptake (by phagocytosis) of the α-proteobacterium that became the mitochondrion. (B) The hydrogen hypothesis [70] invokes a metabolic symbiosis between methane-producing archaea and α-proteobacteria. In this scenario eukaryotic cellular complexity arises after endosymbiosis. Both models involve extensive gene transfer from the α-proteobacterium to the archaeal host and the evolution of a system for targeting nucleus-encoded proteins to the endosymbiont-turned-organelle. Figure modified from [26].
Archibald (2015)
Nesta figura, o autor explica as duas hipóteses que compete para explicar como um organism não-fotossintetizante se tornou foto sitentizantes com a fagocitose de uma ciano bacteria. 
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Imachi et al. 2020 - Nature
Entangle–engulf–endogenize model by Imachi et al (2020): Archaea para eucariontes
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Knoll and Nowak (2017)
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