1-O Surgimento da Vida na Terra

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E BIOLÓGICAS
Departamento de Biodiversidade, Evolução e Meio Ambiente
Disciplina Genética
Professor: Armando Maia Wood
1-O Surgimento da Vida na Terra.
	
	A Formação do Universo e da Terra.
	A origem do cosmo é explicada através de uma teoria chamada do “Big Bang”, o grande estouro em português, criada à partir do fato de ao observarmos as estrelas do firmamento podemos captar a luz emitida por elas e também é possível decompor estas luzes, passando esta luz por um prisma e decompondo a luz, depois analisar e induzir por exemplo a composição química da estrela que emite a luz, mas além disto, ao decompor a luz das estrelas podemos observar que se nesta decomposição pudermos observar que a faixa da extremidade estiver mais larga no violeta isto significa que o corpo que está emitindo esta luz captada, está vindo em nossa direção, 
Mas se após a decomposição observarmos que a faixa do vermelho estiver mais larga (violeta e o vermelho são as extremidades da faixa da luz visível) isto significa que a estrela que emite a luz está se distanciando do observador (a esta interpretação é chamada de Efeito Dopller). Estamos afirmando que este fenômeno que ocorre quando miramos com um telescópio estrelas de outras galáxias, decompondo a luz de cada estrela e analisando sua composição, veremos que todas depois de decompostas tem uma tendência ao vermelho, logo se distanciam de nós, mas não encontraremos este fenômeno com as estrelas pertencentes a nossa galáxia Via Láctea, pois elas não estão expandindo dentro da nossa galáxia.
Portanto quando observamos estas estrelas de outras galáxias sempre observamos uma tendência para o vermelho na decomposição de suas luzes, logo todas estão se distanciado de nós todo o tempo. E este fato de estarem se afastando umas das outras e de nós a velocidades incríveis e se todos estão se distanciando de todos ao mesmo tempo, podemos pensar ao inverso e invertendo esta tendência de expansão, se estamos viajando numa trajetória invertida desta expansão para uma compressão, nos deparamos com o fenômeno proposto chamado “big bang”, onde houve em um certo momento uma grande concentração de matéria e energia de todo universo e em um certo ponto do espaço e neste momento desta concentração espantosa de matéria e energia provocou uma grande explosão e a liberação de toda esta energia, matéria e antimatéria existentes, provocou uma expansão da matéria e de todos os corpos e de tudo mais criando o nosso universo em expansão, como podemos observá-lo agora.
	Acredita-se teoricamente que este universo observado aqui tenha em torno de 13,7 bilhões de anos. No decurso dos primeiros bilhões de anos ele veio esfriando, passando dos 100 bilhões de graus Kelvin, calculados pelo físico Steven Weinberg, aos 3 mil graus Kelvin, temperatura esta onde um elétron ou um próton poderia juntar-se para produzir o hidrogênio, o elemento mais simples e mais abundante do universo (1).
	O hidrogênio coalesceu (isto é se ajuntou) em supernovas – nuvens imensas que ao longo do tempo se contraíram, passando de densidades cósmicas até as submicrocósmicas. Sob a forma de gravidade, os núcleos das supernovas tornaram-se super quentes o que desencadeou reações termonucleares e, a partir do hidrogênio e de diferentes partículas subatômicas, foram criados todos os elementos pesados atualmente conhecidos no universo. Esta riqueza de hidrogênio continua até no corpo de humanos, sobretudo na forma de água.
	Os elementos químicos espalharam-se pelo espaço na qualidade de poeiras e de gases que compõem as nebulosas galácticas. No seio destas nasceram outras estrelas e, por vezes, os planetas seus satélites, de novo como partículas de pó e de gás, que gravitam em direção um ás outras, aglomerando e concentrando-se até provocar o início de reações nucleares. Antes da primeira matéria a que podemos dar o nome de Terra, que se aglomerou no seio da nebulosa solar, num braço externo da Via Láctea, decorreram alguns bilhões de anos, para aí surgir nosso sistema solar e nosso planeta Terra.
	Na nuvem de gases destinada a transformar-se na Terra havia hidrogênio, hélio, carbono, nitrogênio, oxigênio, ferro, alumínio, ouro, urânio, enxofre, fósforo e silício, assim como os outros elementos naturais e também os outros planetas de nosso sistema solar.
	Este material resfriado e dispersado pelo espaço como detritos não teriam a menor importância se não fosse a estrela que se encontrava no centro do sistema solar, que colocou em órbita os corpos menores em vias de endurecimento e que ardiam num processo de ignição estável e duradouro, mergulhando os satélites em emanações contínuas de luz, de gás e de energia.
	Cerca de 4,6 bilhões de anos possui nosso sistema solar e o nosso planeta Terra, planeta que se encontra próximo do sol (terceiro Planeta), portanto próximo à fonte de energia. O seu tamanho lhe permite conservar sua atmosfera (chamado de fator gravitacional), possibilitando o ciclo fluído dos elementos, mas não tanto que sua gravidade mantivesse presa uma atmosfera demasiado densa, o que impediria a passagem dos raios solares até a superfície terrestre.
	O hidrogênio combinou com outros elementos, produzindo alguns ingredientes da receita da vida. Uma parte do hidrogênio combinou-se com o carbono formando metano (CH4), outra parte reagiu com o oxigênio para produzir água (H2O) ou ainda com o nitrogênio foi formando amoníaco ((H3N) e com o enxofre foi formado o sulfeto de hidrogênio (H2S). Estes gases em outros arranjos e recombinados em compostos de cadeia comprida, constituem praticamente todos os compostos componentes do ser vivo e do corpo humano. E também continuam retidos sob a forma de gases nas atmosferas dos planetas exteriores como Júpiter, Saturno, Urano, Netuno, ou como sólidos congelados em suas superfícies geladas.
	
A Animação da matéria.
	
	Para pensar esta animação necessitamos de fontes de matéria e de energia.
	O local onde isto fosse possível de se reunir as condições capazes de propiciar o aparecimento da vida é controvertido, podemos citar alguns como: no encontro de placas tectônicas; em um mar raso; charcos;lagos e na argila são alguns destes locais, citados na literatura.
	Em 1973, descobriu-se um mundo submerso da maior importância, o oceanógrafo Jack Corliss, professor da Universidade do Estado do Oregon, conseguiu ver no encontro de placas continentais submarinas, onde o magma, vapor e gases continuam a misturar-se com águas salgadas, como as que ocorreram na Idade Arqueana. Nestes locais no fundo do mar somente podemos encontrar um variado leque de seres e alguns peixes de profundidades abissais e um persistente nevoeiro de microrganismos, o leito negro pela falta de luz, e frio 40 C deste fundo de oceano, estas condições reunidas, junto com grande pressão e no encontro de placas, onde teremos grande calor da exposição do magma. No entanto ao longo destas falhas existentes entre as placas continentais, grandes quantidades de sulfeto esguicham do manto aquecido, nestes locais encontramos variadas comunidades de seres submarinos muito peculiares.
	Se considerarmos estas condições encontramos prováveis locais como por exemplo podemos encontrar próximo às Ilhas Galápagos, também na Baixa Califórnia(México, Pacífico) e no Golfo do México (Atlântico), alguns quilômetros de São Petersburgo e à 3 mil e quatrocentos metros de profundidade perto da Flórida (Atlântico), oceanógrafos descobriram vermes tubulares vermelhos gigantes do gênero Riftia (assim chamados pois foram encontrados perto de fraturas rifts, no leito oceânico. Além de peixes, Tridacna gigas, outros vermes e alguns polvos. Nenhum destes seres abissais são vegetarianos. Não tem luz para vegetais ou algas nestas profundidades. Os animais se alimentam de bactérias filamentosas que por sua vez se alimentam de ferro, de sulfetos e de outros gases ricos e, hidrogênio expelidos pelos respiradouros de água quente da Terra.
	A atividade química de todos os seres vivos sefundamenta na redução de compostos de carbono ligados a átomos de hidrogênio. Corliss entendeu que quando estes gases ricos em hidrogênio provenientes das profundezas da Terra se reagiram com os gases ricos em carbono da atmosfera, foi possível criar as condições necessárias ao surgimento da vida.
	A flexibilidade de combinação do carbono é um dos segredos da vida terrestre, no seu estado altamente agitado, nas condições de calor, umidade e fusões existentes como por exemplo na Idade Arqueana, os átomos de carbono combinaram-se com o hidrogênio, o nitrogênio, o oxigênio, o fósforo e o enxofre, originando uma grande quantidade de compostos. Estas moléculas continuaram a se combinar formando os compostos do início da vida. 
	É possível dizer que os seis citados elementos químicos são denominadores químicos comuns à totalidade da vida, sendo responsáveis por noventa por cento do peso seco de todas as criaturas vivas. O restante do peso seco dos organismos é constituído por outros elementos mais raros mas igualmente indispensáveis para a vida, incluindo o zinco, potássio, sódio, manganês, magnésio, cálcio, ferro, cobalto, cobre e selênio.
	Outro fator importante é a percentagem de cada um destes elementos, a proporção existente entre aminoácidos e de componentes genéticos e a distribuição de proteínas longas são semelhantes em todos os seres vivos, desde bactérias até os humanos.
	Em 1953, uma série de experimentos realizados na Universidade de Chicago inaugurou um novo campo científico chamado por vários nomes como: “química pré-biótica”, “experiências do modelo primitivo da Terra” ou “evolução química experimental”. Estes experimentos foram desenvolvidos pelo aluno de pós-graduação de Harold C. Urey, chamado Stanley L. Miller, que depois acaba recebendo o prêmio Nobel da Química por este trabalho.
	O experimento continha um simulacro de atmosfera primitiva (mistura de amoníaco, vapor de água, hidrogênio e metano) que era bombardeado com fagulhas de descargas elétricas idênticas às dos relâmpagos desta provável atmosfera primitiva.
	A recompensa dos esforços foi à obtenção de dois aminoácidos – alanina e glicina (aminoácidos são os componentes de todas as proteínas), bem assim como de várias outras substâncias orgânicas que se acreditava serem exclusivas da célula viva (moléculas de menos de doze átomos de carbono, de nitrogênio, de hidrogênio e de oxigênio.
	Experimentos posteriores aos de Miller e Urey, conseguiram quase todos os componentes simples das moléculas complexas das células, submetendo diversas fontes de energia – faíscas elétricas, radiação ultravioleta e calor. Conseguem-se os quatro aminoácidos mais abundantes das proteínas existentes em todos os organismos. Por meio deste gênero de experimentos, é possível conseguir o ácido ribonucleotídeo -ARN, molécula capaz de armazenar energia e permitir a catálise de reações químicas no seres vivos (ribozimas), e outros trifosfatos precursores de nucleotídeos no geral.
	O químico Leslie Orgel do Instituto Salk descobriu uma molécula de cinco nucleotídeos semelhantes ao DNA, formado de forma espontânea a partir de compostos de carbono e de sais de chumbo.
	Manfred Eigen do Instituto Göttingen, produziram junto com outros companheiros pequenas moléculas de ARN que se replicavam por si próprias, in vitru.
	Alguns cientistas acreditam que a Terra foi semeada por meio de meteoritos, que transportavam moléculas acabadas de vida, pois foi possível encontrar em meteoritos os cinco diferentes tipos de nucleotídeos, bem como diversos aminoácidos. Fazem parte de uma visão da pan-espermia, 1908 Svante Arrhenius e Watson com a pan-espermia direta. Será que a vida surgiu na Terra ou fora dela? Seria uma transferência do problema para um outro local, onde deveria possuir as mesmas condições, desta maneira, acredita-se que deve ter ocorrido aqui mesmo em nosso planeta Terra.
	Mas voltando as condições ambientais importantes para o aparecimento da vida na Terra, é considerada importante a ação de moléculas capazes de catalisar reações sem serem destruídas. Estas molécula trabalhavam contra o acaso para gerar ordem e as normas dos processos químicos. De maneira gradual, esses catalisadores e as reações por elas facilitadas foram proliferando em número e tendo uma certa durabilidade e perduravam nas águas da Terra primitiva. Hoje se conhece certos grupos de moléculas que podem autocatalisar uma série de reações ordenadas ou cíclicas, em que cada mudança dá origem a outra na cadeia molecular. A interação de dois ou mais ciclos autocatalíticos poderá ter dado origem a um hiperciclo. 
Alguns cientistas argumentaram que então estes compostos catalisadores “competindo” pela extração de elementos do meio ambiente, limitando assim automaticamente a sua existência. 
Mas no hiperciclo teríamos o contrário, longe de se destruírem uns aos outros na luta pela sobrevivência química, os compostos auto-organizados complementaram-se para produzirem estruturas naturais e replicantes em última análise. Tais processos cíclicos constituíram a base das primeiras células, mas também de inúmeras estruturas baseadas nas células e nos respectivos produtos que se lhe seguiram. Os processos cíclicos são de enorme importância para a vida , pois permitem que esta conserve certos elementos fundamentais do seu passado apesar das flutuações e da tendência para a desordem manifestada por um meio ambiente mais amplo.
	Quanto mais protegidas e concentradas se achavam as substâncias químicas, mas duradoura, complexa e autofortalecida esta poderia tornar sua atividade. Algumas delas terão porventura permanecido abrigadas dentro de bolhas ou aderentes às superfícies regulares de cristais ou argilas. As experiências efetuadas pela Natureza arqueana com cadeias compridas de hidrocarbonetos produziram compostos capazes de encapsular gota de água circundante, sem no entanto impedirem a entrada e a saída de outras substâncias químicas neste espaço fechado. Foi esta membrana semipermeável original que autorizava a entrada de certas substâncias químicas, proibindo-a a outros.
Os acontecimentos que conduziram ao aparecimento desta membrana puderam ser recriados em laboratório, sob condições de temperatura, acidez e de ciclos de umidade e evaporação habituais na Terra.
Uma cadeia de hidrocarbonetos ligada a um grupo de átomos de fósforo e de oxigênio exibe carga elétrica na extremidade de ligação do grupamento fosfato e ausência de carga na outra extremidade. A substância química como um todo atrai a água na extremidade eletricamente carregada, repelindo-a no extremo oposto. Os compostos químicos deste gênero chamados de fosfolipídeos, tem a tendência para se alinharem entre si lado a lado, com extremidades carregadas dirigidas para a água e as outras afastadas dela. 
Estes e outros tipos de lipídeos tendem a enrolar-se em gotas de modo espontâneo, isolando materiais dentro delas e impedindo-os de contatar com o exterior. Observa-se também a formação de camadas duplas quando ondas provocam o encontro de duas superfícies líquidas revestidas de uma película de lipídeos.
As membranas dos organismos atuais compõem-se de diferentes gêneros de lipídeos, de proteínas e de hidratos de carbono, sendo dotadas de funções tão complexas e calibradas com tamanha precisão que existe muito para compreender ainda sobre elas. Mas as membranas primitivas de fosfolipídeos eram capazes de concentrar soluções em seu interior de outros componentes carbonados em virtude apenas de suas propriedades físico-químicas.
Portanto existe um grande espaço entre as complexas misturas preparadas pelos cientistas e a mais simples célula viável, tanto em teoria quanto em laboratório. Mas centenas de milhões de anos de atividade molecular representam um espaço de tempo enorme e os cientistas se dedicam à algumas décadas a este tema e existe muito a se saber sobre o mesmo.
David Deamer da Universidade da Califórnia, observou que certos nucleotídeos são captados e envolvidos por esferas de lipídeos quando se misturam a ingredientes apropriadose em condições convenientes.
Para estar viva, uma entidade tem que ser em primeiro lugar autopoiética, isto é, deverá conservar-se de maneira ativa face às contingências do meio. Autopoiese é a capacidade de produzir-se por si mesmo. A vida responde ao que a perturba servindo-se da matéria e da energia para permanecer intacta. Um organismo permuta constantemente com o ambiente matéria e energia, que constituem suas partes, substituindo os componentes químicos sem nunca perder sua identidade. Este fenômeno modulador e holístico da autopoiese, da conservação ativa, está na base de todas as formas de vida que conhecemos. Por serem sistemas abertos devem obrigatoriamente trocar matéria e energia com o ambiente.
As células reagem a distúrbios externos a fim de preservarem os fatores básicos de identidade existentes dentro de seus limites. Se as ameaças do exterior são de grande monta poderá dar-se uma ruptura dos processos cíclicos normais, ocorrendo a cismogênese (dar origem a destruição da célula). Termo inventado pelo filósofo Gregory Bareson, para se referir aos ciclos dos sistemas vivos que oscilam incontrolavelmente. Para organismos tais como plantas e animais, a autopoiese é considerada uma regra saudável. A cismogênese constitui o oposto. Os antepassados das células terão tido alguma espécie de autopoiese, a aptidão para preservarem as respectivas estruturas e a integridade bioquímica face às ameaças do meio ambiente. Uma vez capaz de manter-se como ela própria, uma estrutura em vias de transformar-se em vida terá de reproduzir-se. Os primeiros sistemas semelhantes a células foram aquilo a que o físico belga Ilya Prigogine, que também ganhou o Prêmio Nobel, deu o nome de “estruturas dissipadoras” – objetos ou processos que se organizam por si próprios e que alteram a forma de modo espontâneo. Sob o influxo de energia, as estruturas dissipadoras só se tornarão mais ordenadas e não menos ordenadas.
Das estruturas dissipadoras e dos hiperciclos, emergiu a cadeia de nucleotídeos, ribose e fosfatos capazes de replicar-se e de catalisar reações químicas. Esta cadeia constitui o ácido ribonucléico – RNA, a primeira fase da linguagem da Natureza. Ainda não autopoiética mas já altamente estruturada, o RNA primitivo contido nestas esferas envoltas em filamentos de lipídeos acumulou-se em águas quentes e ricas sob o ponto de vista orgânico, numa terra benigna. Sem predadores e com abundância de energia, operou-se uma maior complexidade.
Antes da aurora da vida, verificaram-se duas tendências químicas: auto-referência e autocatálise. As substâncias químicas reagiram ciclicamente, produzindo versões e variações de si próprias que tendiam a criar um meio ambiente favorável ao reaparecimento das reações originais. As estruturas autopoiéticas avançaram mais um passo no processo organizativo: utilizaram a energia para se conservarem de maneira ativa e com êxito em face de sérios distúrbios externos.
A vida é extremamente conservadora, seja em nível do organismo individual, espécie ou biota, a vida gasta energia no esforço de manter o passado, mesmo quando de modo paradoxal, diversas ameaças a obrigam a inovar. Visto que a autopoiese ser um imperativo da biota como um todo, a vida despenderá enormes quantidades de energia para se conservar; modificar-se-á com o fim de permanecer vida. A vida à superfície da Terra parece se auto-regular sem atender aos indivíduos e às espécies que a compõe. Extinguiram-se mais de 99,99% das espécies existentes em nosso planeta.
O mundo visível constitui uma parte tardia e superdesenvolvida do que restou até o momento e acredita-se que os microrganismos possuem um papel muito importante, pois estão a 3,5 bilhões de anos sobre o planeta, segundo se pensa, os micróbios tem conservado a temperatura média da Terra primitiva de modo a torná-la hospitaleira à vida, a despeito da existência nessa época, conforme os cálculos dos astrônomos, de um sol bastante frio no início e mais quente depois. Micróbios modificaram permanentemente a composição química da atmosfera fazendo com que não fosse proibitiva para a vida. Segundo registros fósseis contínuos, sabe-se que a temperatura e a atmosfera do planeta nunca destruíram a totalidade da vida.
	A Sopa Primordial
1875- Pasteur, descobre o fenômeno da fermentação como o resultado da vida sem oxigênio.
1890- Pasteur, cresce microrganismos in vitru através do cultivo em caldo de carne ou outras soluções orgânicas, com sais de amônio, extrato de leveduras e açúcar.
1899- Winogradski, observou crescimento de bactérias só com o dióxido de carbono e sais inorgânicos - seres quimiolitoautotróficos.
Osborn em 1918; Perrier em 1920; Constantin 1923, afirmam que os primeiros seres seriam autotrótofos.
1953- Stanley Miller faz seus experimentos com um meio contendo formaldeído e cianeto de hidrogênio, citado acima.
	Hoje se aceita que os primeiros seres devem ter sido anaeróbicos, heterotróficos e fermentadores.
 	O processo da fotossíntese possui vários passos em sua via e a respiração é o inverso da fotossíntese.
	Logo a evolução do processo de se conseguir energia química deve ter sido na seguinte seqüência: fermentação → pré-respiração → fotossíntese → e respiração propriamente dita.
	Os ciclos naturais de maneira geral são compostos dos produtores – plantas; redutores ou decompositores – fungos e os consumidores – animais.
Os termos procariontes e eucariontes foram concebidos por Doughert, E.C.
e Haeckel, E. deu o nome de Monera ao Reino das Bactérias e Cianofíceas.
Bibliografia:
1) Steven Weinberg, The First Trhree Minutes NY, Basic Books, 1977.
2) Margulis, L. e Sagan, D. Microcosmos, Quatro Biliões de anos de evolução microbiana, Universo da Ciência,Edições 70,RJ,1986.
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