Origens Da Vida

Origens Da Vida

(Parte 1 de 4)

Augusto Damineli

Daniel Santa Cruz Damineli Estudos avançados 21 (59) 2007

estudos avançados 21 (59), 2007

O que é vida? mbora a palavra vida pareça ter um sentido óbvio, ela conduz a diferentes idéias, tornando-se necessário definir o próprio objeto a que nos referimos neste texto. Para psicólogos, ela traz à mente a vida psíquica; para sociólogos, a vida social; para os teólogos, a vida espiritual; para as pessoas comuns, os prazeres ou as mazelas da existência. Isso é parte da nossa visão fortemente antropocêntrica do mundo. Para uma parte (relativamente pequena) das pessoas, ela traz à mente imagens de florestas, aves e outros animais. Mesmo essa imagem é parcial, já que a imensa maioria dos seres vivos são organismos invisíveis. Os micróbios compõem a maior parte dos seres vivos, a maioria (80%) vivendo abaixo da superfície terrestre, somando uma massa igual à das plantas. Entretanto, os micróbios ainda não ocupam a devida dimensão em nosso imaginário, apesar de mais de um século de uso do microscópio e de freqüentes notícias na mídia envolvendo a poderosa ação de micróbios, ora causando doenças ora curando-as, fazendo parte do ecossistema ou influindo na produção de alimentos. Esse quadro se deve ao fato de que a vida ainda é um tema recente no âmbito científico, comparado com sua antigüidade no pensamento filosófico e religioso.

Uma concepção muito difundida entre os povos de cultura judaico-cristã-islâmica é que a vida foi insuflada na matéria por Deus, e seria, portanto, uma espécie de milagre e não uma decorrência de leis naturais. É difícil traçar a origem dessa concepção, mas os escritos de Aristóteles (384-322 a.C.) falam da pneuma, que seria uma espécie de matéria divina e que constituiria a vida animal. A pneuma seria um estágio intermediário de perfeição logo abaixo do da alma humana. A dualidade matéria/vida nos animais (ou corpo/alma nos seres humanos) já aparecia na escola socrática, da qual Aristóteles era membro, embora de modo um pouco diferente. Entre os animais superiores, o sopro vital passaria para os descendentes por meio da reprodução. Entretanto, Aristóteles acreditava que alguns seres (insetos, enguias, ostras) apareciam de forma espontânea, sem serem frutos da “semente” de outro ser vivo. Essa concepção é conhecida como geração espontânea e parece ter sido derivada dos pré-socráticos, que imaginavam que a vida, assim como toda a diversidade do mundo, era formada por poucos elementos básicos. A idéia de geração espontânea está também presente em escritos antigos na China, na Índia, na Babilônia e no Egito, e em outros escritos ao longo dos vinte séculos seguintes, como em van Helmont, W. Har-

Origens da vida

AUGUSTO DAMINELI e DANIEL SANTA CRUZ DAMINELI

estudos avançados 21 (59), 2007 vey, Bacon, Descartes, Buffon e Lamarck. Parece que sua dispersão pelo mundo ocidental tenha vindo por intermédio de Aristóteles, dada sua grande influência em nossa cultura.

Um experimento de laboratório de Louis Pasteur (1822-1895) colocou um ponto final na idéia da geração espontânea. Depois dele, passou-se a admitir que a vida só pode vir de outra vida. Curiosamente, contudo, Pasteur dizia que não tinha eliminado totalmente a possibilidade da geração espontânea. De fato, seu experimento não poderia se aplicar à primeira vida, e a idéia de que a vida podia vir da matéria inorgânica continuou em pauta entre outros grandes cientistas. Entretanto, ela mudou para um contexto tão diferente das visões anteriores, que não podemos rotulá-la da mesma forma. Essa nova forma de “geração espontânea” só seria válida para a primeira vida, daí para a frente seria exigida a reprodução.

Figura 1 – A geração espontânea para seres considerados simples foi admitida desde a Antigüidade até o final do século XIX.

Charles Darwin (1809-1882) imaginava que uma poça de caldo nutritivo, contendo amônia, sais de fósforo, luz, calor e eletricidade, pudesse ter dado origem a proteínas, que se transformaram em compostos mais complexos, até

R e p r o d u ç ã o estudos avançados 21 (59), 2007 originarem seres vivos. Entretanto, a extensão da evolução para o mundo molecular, como o primeiro capítulo da evolução da vida, só teve progresso a partir das idéias de Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980). Ele procurou entender a origem da vida como parte da evolução de reações bioquímica, mediante a competição e seleção darwiniana, na terra pré-biótica (antes do surgimento da vida).

Quanto ao local onde existiria vida, os vedas e upanishads na Índia imaginavam a existência de partículas de vida permeando todo o Universo. Anaxágoras (~500-428 a.C.) também imaginava que a vida estivesse presente em todo o cosmos. Giordano Bruno, no Renascimento, pregou ardorosamente a existência de outros mundos habitados. A análise de meteoritos feitas por Berzelius nos anos 1830 mostrou a existência de compostos orgânicos no espaço. A partir disso, o físico e químico Savante A. Arrhenius (1859-1927) propôs que, além de produtos orgânicos, a própria vida tivesse se originado no espaço, sendo transportada para cá em meteoritos. Versões dessa idéia foram apresentadas por Richter, Kelvin, Chamberlain e, mais recentemente, por Francis Crick, Fred Hoyle, Chandra Wickramasinghe, John Oró e outros. Nem os defensores dessa hipótese, denominada panspermia, nem os do cenário concorrente (segundo os quais a vida teria se originado na Terra) apresentaram provas robustas sobre o sítio de origem da vida. Na verdade, esse é um problema secundário, ante outras questões mais relevantes.

Ao longo do último século, a origem da vida começou a ser abordada cientificamente, por meio de experimentos de laboratório e estudo de processos teóricos. Ela se tornou um tema eminentemente interdisciplinar, envolvendo cosmologia, astrofísica, planetologia, geologia, química orgânica, biologia molecular, matemática e teoria de sistemas complexos. Nos últimos cinqüenta anos ela se desdobrou em diversos subtemas, alguns dos quais alcançaram progressos notáveis. Algumas questões fundamentais continuam, entretanto, sem solução.

Não temos nem sequer um conceito universalmente aceito do que é vida.

Por que uma definição como algo que nasce, cresce, se reproduz e morre, não é suficiente para caracterizar a vida? Simplesmente porque existem diversos fenômenos naturais que satisfariam a essa definição. Pense em algo como um incêndio ou uma tempestade, ou mesmo alguns programas de computador. Uma definição como essa não ajuda em nada os biólogos e por isso eles não dependem dela. Em vez de falar em “vida” de modo genérico, o conceito de organismo vivo é muito mais operacional. Um organismo vivo é baseado na célula, onde a informação genética está codificada no DNA (ácido desoxirribonucléico) e se expressa na forma de proteínas. Nota-se que esse conceito é moderno, posterior à invenção do microscópio e à descoberta do código genético. Para chegar a esse ponto, passou-se por diversas modificações ao longo da história, como veremos mais adiante.

É nesse contexto particular que a vida será abordada neste artigo. Mas por que, num panorama com tantas vertentes e possibilidades, nos limitaremos a discutir somente o tipo comum de vida que conhecemos? Existem outros tipos, aqui ou em outros planetas? Como reconhecê-los? A restrição não é porque negamos estudos avançados 21 (59), 2007 a possibilidade de existirem outros paradigmas de vida, mas porque essa é a única que possibilita uma abordagem científica, por apresentar dados observacionais e modelos teóricos. Inúmeras tentativas de formular um conceito geral de vida foram e estão sendo feitas, mas nenhuma delas apresentou vantagens significativas para entender a vida que conhecemos, nem previu a existência de formas ainda desconhecidas que possam ser submetidas à observação. Ainda não existe uma Teoria Geral da Vida e isso restringe nossa capacidade de entendê-la. Só a descoberta de outros exemplares de vida independentes da que conhecemos na Terra poderia nos levar a ampliar os horizontes conceituais. No item final, mostraremos projetos que visam descobrir vida fora da Terra e discutiremos sua factibilidade e sua potencial contribuição para a compreensão da vida no âmbito científico.

Evolução e vida

A evolução é o processo de mudança dos organismos através do tempo, fazendo que os organismos atuais sejam diferentes dos iniciais. Embora exista uma cadeia de continuidade ao longo do tempo, não é fácil inferir as propriedades dos primeiros organismos com base nos atuais. É possível recuperar algumas informações sobre a estrutura corporal dos progenitores das espécies atuais por meio dos fósseis. Isso permitiu fazer um mapa exuberante da evolução ao longo dos últimos ~540 milhões de anos (M.a.). Todos os filos genéticos (arquiteturas corporais) existentes hoje surgiram na chamada “explosão do Cambriano” que ocorreu por essa época. Ela se caracteriza pelo aparecimento de seres multicelulares.

No período pré-Cambriano (era geológica anterior a 570 M.a.) os seres eram unicelulares (feitos de uma única célula), o que dificultou enormemente a formação de fósseis e sua descoberta através de microscópios. Os fósseis de microorganismos foram rastreados até um passado tão remoto quanto 3,5 bilhões de anos (B.a.) atrás. Eles são encontrados em agregados rochosos que ainda hoje são habitados por colônias de bactérias, os chamados estromatólitos,1 como os da formação chamada de Apex do oeste da Austrália. Eles apresentam onze tipos diferentes de fósseis, mostrando aliás como as células se dividiam e multiplicavam (embora exista quem conteste que eles sejam fósseis verdadeiros). Suas formas são indistinguíveis das algas fotossintéticas atuais (cianobactérias) que infestam diversos ambientes da Terra. Mesmo sendo primitivos para a vida atual, esses fósseis são de organismos tão complexos que não podem ter sido as primeiras formas de vida. Microbiologistas e biólogos moleculares defendem que a cianobactéria teria sido um dos últimos grandes grupos de bactérias a aparecer.

Como recuar nossos estudos mais para trás no tempo? É muito difícil encontrar rochas mais antigas que 3,5 bilhões de anos, pois a superfície do nosso planeta é constantemente reciclada. As rochas da superfície são forçadas a imergir pela tectônica de placas, e nas profundezas da terra elas são cozidas sob pressão. Quanto mais antiga uma rocha, mais rara ela é. Desse modo, não existem esperanças de encontrar fósseis muito mais antigos que 3,5 bilhões de anos, o que interrompe o caminho em busca da origem da vida por meio desse tipo de registro.

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Figura 2 – Os fósseis mostram que a evolução transformou as características dos seres vivos ao longo do tempo, gerando diversidade biológica e permitindo que muitos nichos disponíveis na biosfera fossem ocupados. (Arte: Paulo Santiago)

A evolução biológica é um fato surpreendente e inesperado quando temos em mente que o código genético trabalha para fazer uma cópia exata de si mesmo. A dupla hélice é uma garantia extra de fidelidade, providenciando duas cópias de cada informação genética. Se só existissem as forças mantenedoras da identidade, não existiria a diversidade biológica. Contudo, existem processos que levam a imperfeições na reprodução. Esses são “erros” aleatórios, naturais em qualquer processo de cópia em razão da radioatividade ambiental, dos raios cósmicos provenientes do espaço ou de agentes químicos. Eles geram moléculas-cópias diferentes das originais, de modo que, quando a molécula participa da reprodução, o organismo resultante terá (em geral) pequenas diferenças de seu progenitor. Se ele for adaptado às condições do meio ambiente, sobreviverá e poderá deixar descendência, aumentando a diversidade biológica.

Não existe uma pressão para a produção de organismos mais complexos ou mais “perfeitos”, como muitos acreditam. Os mais complexos não parecem ser mais vantajosos do ponto de vista da sobrevivência que os mais simples. Se isso fosse verdade, existiriam muito mais organismos complexos do que simples, ao contrário do que se observa na natureza. Essa idéia de evolução como aperfeiçoamento é pregada pelos criacionistas, segundo os quais a natureza segue um plano inteligente (inteligent design). Eles a aplicam não só para a evolução biológica, mas também para todos os fenômenos naturais. Ela se traduz simplesmente na crença de que as forças naturais não seriam capazes de criar “ordem” e “beleza” se não forem guiadas por uma inteligência exterior à própria matéria. Adotar esse ponto de vista é dar à ciência um mero papel de desvendar qual é esse plano subjacente à natureza que já está preestabelecido para todo o sempre. Esse determinismo foi abandonado pela Mecânica Quântica há quase um século.

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Figura 3 – Microfósseis pré-Cambrianos. Os exemplares “e, f, g, h, i” são os mais antigos (3,465 B.a.), encontrados nos estromatólitos de Apex, na Austrália (J. W. Schopf et al. Nature, 416, 73, 2002).

A árvore universal da vida

Atrás de sua enorme diversidade de formas, cores e tamanhos, os organismos atuais mostram características muito similares que servem de parâmetros importantes para entender sua origem. Por exemplo, a água é a substância (molécula) mais abundante da matéria viva: 70% do corpo humano, 95% da alface, 75% de uma bactéria. Todos os seres têm uma alta porcentagem de água, o que favorece a hipótese de uma origem em meio aquoso. Sua composição atômica também é admiravelmente simples. Apenas quatro elementos químicos – carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio (CHON) – somam 9,9% da matéria viva. Eles estão entre os cinco mais abundantes do Universo, só deixando de fora o hélio, que não faz ligações químicas. A bioquímica da vida é composta por combinações desses átomos, formando água (H2O), metano (CH4), amônia

(NH3), dióxido de carbono (CO2), açúcares, proteínas, ácidos graxos e outros. Mesmo que muitas proteínas tenham elementos metálicos e requeiram certos íons para funcionar, os elementos mais abundantes são, de longe, os mencionados anteriormente. O fato de que a vida se compõe dos átomos mais amplamente encontrados na natureza indica que ela é simplesmente uma expressão da oportunidade e não uma excepcionalidade, um milagre, que poderia ser feito com materiais arbitrários, inclusive raros.

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Tabela 1 – Abundância de elementos químicos (em % de massa)

Embora bactérias, baleias, palmeiras e elefantes sejam tão diferentes entre si na forma, eles são extremamente parecidos na química. As moléculas simples se combinam formando moléculas maiores – os monômeros,2 como os nucleotídeos e os aminoácidos. Os nucleotídeos e aminoácidos usados pelos seres vivos são em pequeno número e praticamente os mesmos. A junção desses monômeros em grandes cadeias forma os biopolímeros: os ácidos nucléicos (RNA e DNA) e as proteínas. São eles que estão por trás da diversidade biológica que observamos. Nos seres vivos atuais, o DNA carrega o código de montagem das proteínas que são responsáveis pelas mais diversas funções. Além da composição material, a forma de processamento de energia (metabolismo) também é muito parecida em todos os organismos vivos, ocorrendo por um pequeno número de processos intimamente relacionados. A Figura 4 indica TODOS os seres vivos como parentes e apresentando uma origem comum.

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