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A vida constitui apenas uma parte ínfima do universo conhecido,

A origem dos seres vivos intriga o homem desde que o fenômeno vida ganhou, no século 19, uma ciência inteiramente dedicada a ele, a biologia. O estudo dessa questão baseou-se, por muito tempo, na idéia de que a vida teria surgido a partir de ‘moléculas precursoras’, sejam elas proteínas ou ácidos nucléicos (DNA/RNA). No final do século passado, porém, um novo modelo mudou o foco do problema – de ‘como a vida apareceu’ para ‘como a vida funciona’ –, levando a novas perguntas, que inspiram pesquisas com resultados instigantes.

Luiz Antônio Botelho Andrade Departamento de Imunobiologia, Universidade Federal Fluminense Edson Pereira da Silva Departamento de Biologia Marinha, Universidade Federal Fluminense habitando uma fina camada de um planeta marginal. A singularidade do fenômeno, porém, é perturbadora. A vida faz parte dos chamados ‘sistemas complexos’, para os quais o tempo é irreversível e construtivo – ou seja, pode-se reconstruir a história da evolução dos seres vivos e da própria vida, mas é impossível definir sua trajetória futura.

A vida é ainda um sistema altamente organizado, em contraste com um universo que sempre tende ao aumento da desordem (entropia), como afirma a segunda lei da termodinâmica. A contradição, porém, é apenas aparente. O aumento da organização do mundo vivo é local: diz respeito só aos seres vivos e não a todo o universo. Assim, tais seres absorvem do meio a energia (alimentos, no caso dos heterotróficos, e luz solar, no caso dos autotróficos) necessária para suas atividades e para manter sua organização, mas no balanço final o universo continua tendendo à desordem.

Mas, afinal, o que é vida? É uma pergunta difícil. Para entendê-la integralmente e

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B I O L O G I A O que

março de 2003 • CIÊNCIA HOJE • 17 assumir criticamente as conseqüências de qualquer de suas possíveis respostas, é necessário percorrer a história, já longa, da própria pergunta.

Uma pergunta sem lugar

As idéias sobre o mundo vivo não mudaram muito da Antigüidade até o Renascimento. Isso porque, nesse longo período, a pergunta ‘o que é vida?’ não teve um lugar próprio na filosofia ou na ciência, ou seja, o fenômeno vivo não foi concebido como uma questão em si. Nesse período, o interesse restringiu-se ao entendimento da ordem do universo – o vivo era apenas mais uma manifestação dessa ordem.

Os filósofos gregos mais antigos pretendiam compreender o universo pela arché (origem, princípio): para Tales (c. 624-545 a.C.), a origem março de 2003 • CIÊNCIA HOJE • 17 de tudo era a água; para Anaxímenes (morto em torno de 500 a.C.), era o ar. Partindo deles, e passando por sábios como Aristóteles (384-322 a.C.), com seu sistema de causas (material, formal, motriz e final) que explicariam a essência das coisas, chegouse ao Renascimento ainda com a concepção de que cada corpo do mundo (estrela, pedra, planta, animal) seria sempre o produto de uma combinação específica de matéria e forma.

Por esse ponto de vista, a natureza – que coloca forma na matéria para criar astros, minerais ou seres vivos – é apenas um princípio que atua sob a condução de Deus. Logo, todo o universo tem uma só ordem e esta deve ser desvendada pela leitura cuida dosa da vontade divina. Tal leitura é uma decifração dos signos, ou seja, as formas do mundo. Podese dizer que, até o século 16, o papel do homem era o de decifrar um universo cifrado por Deus. A vida não suscitara uma discussão específica. A pergunta ‘o que é vida?’ não faz sentido nesse mundo. É uma pergunta sem lugar.

é vida?

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Uma pergunta fora do lugar

Na época clássica (séculos 17 e 18), ocorre uma ruptura com a idéia do universo como um conjunto de signos. Todas as coisas, inclusive os seres vivos, ganham uma especificidade. A forma visível deixa de ser um signo que pode informar sobre uma essência oculta, um testemunho das intenções da natureza, e passa a ser, ela mesma, o objeto de estudo. O conhecimento agora se dá pela observação e análise cuidadosa da natureza. O que importa é a vontade humana de saber, não a vontade do criador. O que se quer desvendar não é mais a ‘criação’, mas o ‘funcionamento’ da natureza.

Entretanto, embora nesse mundo os seres vivos sejam reconhecidos, seu estudo é parte das ciências físicas, hegemônicas na época. Conhecer o vivo implica entender seu funcionamento, com base no modelo de uma máquina. O vivo integra a grande mecânica que faz o universo girar e deve ser entendido pelas leis físicas.

Nesse período surge o animismo, ou seja, a idéia de continuidade entre matéria bruta e matéria viva. Os dois componentes presentes nas idéias animistas são uma valorização do vivo e de sua singularidade e uma reação ao mecanicismo dominante. A partir dessa reação surge a idéia de uma ‘força vital’ – notase, nessa expressão, que a natureza da explicação ainda vem das ciências físicas (força), mas já se busca uma especificidade, com o adjetivo (vital).

Assim, na época clássica, dominada pelo mecanicismo cartesiano, a vida passa a ser compreendida como mais uma máquina. Por isso, a pergunta ‘o que é vida’?, nesse período, está fora do lugar.

O lugar da pergunta

A analogia entre o ser vivo e uma máquina a vapor, surgida no século 18, ainda como herança do mecanicismo, será fundamental para a elaboração do conceito do vivo como um conjunto organizado e de qualidades específicas. A partir dessa analogia e das posições animistas, surgirá no final do século 18 uma concepção – o vitalismo – decisiva para a separação dos seres vivos do mundo das coisas e para a constituição de um novo campo do conhecimento: a biologia.

Se em seu início o estudo do funcionamento dos seres vivos – a fisiologia – usa métodos e conceitos da física e da química, as analogias e modelos usados acabam por transformar radicalmente a representação que se faz desses seres. Assim, o corpo vivo deixa de ser um conjunto de elementos (os órgãos) que funcionam e torna-se um conjunto de funções, cada uma com exigências precisas. O que confere ao vivo suas propriedades é um sistema de relações que produz um todo, não se reduz às partes. Surge então a idéia de um conjunto de qualidades específicas, que o século 19 chamará de vida.

Para o vitalismo, há uma descontinuidade intransponível entre a matéria bruta e a viva. O vitalismo, por assim dizer, cria a vida. Mas o que esta vem a ser? O século 19 contrapõe o vivo ao inanimado a partir da idéia de ordem que vence o caos. Para vencer o caos, o vivo conta com forças de formação e regulação – o que o filósofo alemão Immanuel Kant (1724-1804) chamou de “princípios interiores de ação”. Com isso, surge um objeto de conhecimento novo: a vida. Um novo campo exige renovados métodos, conceitos e linguagem, ou seja, demanda uma ciência nova: a biologia. É aí que a pergunta ‘o que é vida?’ fará sentido, será ouvida e produzirá respostas.

Três diferentes respostas, ou tendências, sustentaram, no século 20, a maioria dos estudos sobre a origem da vida. Essas tendências, descritas a seguir, têm grande número de adeptos (em livros didáticos, na mídia e em programas de pesquisa) e são, portanto, importantes para qualquer discussão sobre ‘o que é vida’.

Vida: um ‘pacote’ de predicados

Para alguns, a vida pode ser definida como um conjunto de propriedades ou funções dos seres vivos. Assim, bastaria identificá-las para considerar vivo um sistema ou organismo. Entre esses predicados típicos do vivo destacam-se as capacidades de nascer, crescer, viver e morrer. Outros, na mesma linha de raciocínio, defendem que essa lista deve ser estendida para explicar um fenômeno tão complexo quanto a vida. A lista ampliada teria mais propriedades (metabolismo, reprodução, código genético, evolução) e até estruturas ditas essenciais (ácidos nucléicos, células e outras).

Em princípio, ninguém discordaria com veemência dessas listas, mas elas têm duas fragilidades. Primeiro, muitos outros sistemas complexos exibem uma ou várias dessas características. Estrelas, por exemplo, nascem, crescem e morrem. Os vírus são um caso especial: eles seriam vivos (nesse caso, a definição acima estaria incorreta), pré-vivos (seriam

Escultura de criança andróide por Pierre Jaquet-Droz (c.1772). Na época clássica, a vida era entendida como uma máquina março de 2003 • CIÊNCIA HOJE • 19 algo anterior à vida, na evolução), paravivos (seriam parasitos celulares) ou pós-vivos (teriam evoluído a partir de estruturas genéticas)? O segundo ponto frágil decorre do primeiro: como definir o momento da transição de inanimado para vivo? Imaginar um momento em que todos os predicados surgissem a um só tempo é muito próximo de imaginar o instante da ‘criação divina’.

A vida como um código

Em 1943, o austríaco Erwin Schrödinger (1887- 1961), que 10 anos antes havia recebido o prêmio Nobel de física, fez uma série de palestras sobre a vida. O conteúdo de suas palestras (reunidas no livro O que é vida?, de 1944) teve grande influência nos meios científicos, inclusive na descoberta da estrutura da molécula de DNA e no desenvolvimento da biologia molecular. Mais que tudo, esse trabalho é um testemunho da influência, no campo da biologia, de idéias reducionistas, tendo como arauto um dos melhores filhos da ‘ciência por excelência’, a física moderna.

Schrödinger falou sobre dois temas básicos: a natureza da hereditariedade e a ordem a partir da desordem. Na essência, suas idéias são simples: o gene deveria ser um tipo de cristal aperiódico, que armazenaria informação através de um código em sua estrutura. Essa profética afirmação seria confirmada com o modelo de dupla hélice do DNA. Quanto ao segundo tema, Shrödinger ressaltou que o ser vivo mantém sua ordem interna aumentando a desordem no meio externo, e portanto sem contrariar a segunda lei da termodinâmica.

Em um desdobramento dessas idéias, o bioquímico francês Jacques Monod (1910-1976), que ganharia o Nobel de medicina em 1965, definiu a vida, no livro O acaso e a necessidade (de 1970), como um sistema capaz de se perpetuar no tempo graças à manutenção de sua informação. Esta, segundo ele, estaria situada em um programa genético. Assim, todo ser vivo tem: 1. um projeto interno, que se realiza em suas estruturas (propriedade chamada de ‘teleonomia’); 2. capacidade de realizar tais estruturas, sem interferência de forças externas (isso depende, portanto, de interações ‘morfogenéticas’ internas); e 3. poder de reproduzir e transmitir, inalterada, a informação sobre a própria estrutura (propriedade chamada de ‘invariância’).

Esse ponto de vista enfatiza a importância do código e do programa genético para explicar o fenômeno complexo da vida. Isso influenciou fortemen- te os avanços da biologia molecular e fortaleceu a idéia, dominante até hoje, de que a compreensão da vida se reduz ao conhecimento da estrutura e do funcionamento dos genes.

A vida como um operar

Um modelo alternativo para explicar o que é vida – a ‘autopoiese’ – foi proposto pelos neurobiólogos chilenos Humberto Maturana e Francisco Varela (1947-2001). Pode-se condensar a nova idéia em dois aforismos: ‘viver é conhecer’ e ‘conhecer é fazer’. Para eles, todo ser vivo, ao interagir com o meio, é capaz de conhecer, ou exibir uma conduta adequada (um ‘operar efetivo’), mas sua identidade (organização) não se altera nos limites ou domínios de sua existência (ver ‘Sistema, organização e estrutura’).

Segundo o modelo da autopoiese, todos os seres vivos (os organismos atuais e aqueles que já existiram) têm uma mesma organização. Isso poderia explicar por que se usa, desde sempre, apenas uma palavra – vida – para distinguir todos os seres que denominamos vivos. Todo ser vivo é considerado, nesse modelo, uma unidade autopoiética (um sistema), cuja organização é definida por uma rede de interações moleculares concatenadas, que produz: 1) os próprios componentes que participam das

Sistema, organização e estrutura

O modelo da autopoiese exige uma redefinição de termos como sistema, organização e estrutura. ‘Sistema’ seria qualquer coleção de elementos que, através de suas interações preferenciais, estabelece uma fronteira operacional, que o separa de outros elementos com os quais também pode interagir. Já a ‘organização’ é dada pelas relações (entre componentes) que devem existir ou ocorrer para que algo exista. A organização confere a um conjunto de elementos sua unidade de classe. Para designar um objeto (uma cadeira, por exemplo) precisamos reconhecer as relações entre seus componentes (pernas, encosto e assento) que tornam o ‘sentar’ possível. Já a ‘estrutura’ (cujo conceito deriva do conceito de organização) é o conjunto das relações efetivas entre os componentes de uma organização ou de um sistema. No exemplo da cadeira, ela pode ser descrita especificando-se, além das relações entre seus componentes (pernas, assento e encosto), os diferentes materiais (madeira, plástico, couro, ferro, alumínio) de que é feita. Assim, a mesma organização pode ser efetivada por diferentes estruturas.

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Definem uma fronteira

Membrana Dinâmica metabólica

Produção de moléculas constitutivas da

Comentário feito por um observador interações e das contínuas transformações internas dessa unidade; e 2) a fronteira física que dá forma à unidade.

Na maioria dos textos sobre o metabolismo, o programa genético (código), está hierarquicamente acima do resto das biomoléculas participantes da rede metabólica. Assim, os ácidos nucléicos (genes) ganham posição de destaque nessa percepção linear e unidirecional do metabolismo: ‘DNA e/ou RNA Proteínas.’ O modelo da autopoiese, porém, enfatiza a circularidade, ou fechamento operacional, da rede metabólica, levando a nova representação: ‘DNA e/ou RNA Proteínas.’

Essa idéia pode ser visualizada em uma concepção do organismo na qual o código não tem posição ‘superior’ e pode ser representado por pontos indiferenciados (figura 1). Não são destacados, nessa concepção, este ou aquele ponto ou mesmo a complexidade das reações pontuais de catálise (aceleração de reações bioquímicas por enzimas). O que é ressaltado é o sistema que emerge, como um todo, e que assume uma configuração autocatalítica, já que várias biomoléculas atuam, simultaneamente, como catalisadores e como substratos para reações. A especificação de uma fronteira física, que se-

Nutrientes Membrana

Excreções pare a célula do entorno, também é essencial para a existência do vivo: inúmeras reações catalíticas e autocatalíticas só ocorrem de modo eficiente e concatenado dentro dos limites da célula. Fora deles, com os componentes diluídos no meio, algumas dessas reações nunca ocorreriam, por razões termodinâmicas ou pela improbabilidade de encontros efetivos. Assim, toda célula viva tem uma membrana plasmática contínua, delgada e permeável, que permite trocas entre ela e o meio, mas preserva sua identidade molecular (figura 2).

Em suma, a autopoiese vê a organização do vivo como uma rede de produção de moléculas constitutivas que se regenera continuamente e, ao mesmo tempo, define (através de uma fronteira) o domínio onde tal rede se realiza. É importante ressaltar que tudo isso são ‘comentários de um observador’. Para Maturana, as explicações que criamos sobre o mundo real não são ‘a realidade’, mas ‘ recortes da realidade’.

O ovo ou a galinha?

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