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ORIGEM DA VIDA |
Universidade Estadual Paulista U N E S P |
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Vida primitiva: como teriam surgido os primeiros organismos vivos?
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Quem teria surgido primeiro: os organismos autótrofos ou heterótrofos?
Atualmente, temos mais facilidade para aceitar a idéia de que os seres vivos se originaram e evoluíram a partir de outros seres vivos. Essa visão fundamenta teoria da biogênese. Mas, houve época em que a principal crença era a de que os seres vivos nasciam espontaneamente de materiais orgânicos em decomposição ou de materiais não-orgânicos. Essa visão totalmente oposta fundamenta a teoria da abiogênese. O cientista francês Louis Pasteur derrubou definitivamente, a teoria da geração espontânea, em seu clássico experimento com o pescoço de cisne. Ao lado de Pasteur, um dos principais defensores da teoria biogenética foi Oparin, um eminente biólogo e bioquímico russo.
Para imaginarmos como a vida surgiu em nosso Planeta precisamos recuar muito no tempo. A idade da Terra é estimada em cerca de 4,5 bilhões de anos sendo que os primeiros ensaios sobre a origem da vida teria começado a 3,5 bilhões, quando uma crosta terrestre começou a se formar com o esfriamento do nosso Planeta.
Em 1935, Oparin lançou a idéia de que as moléculas orgânicas dos seres vivos teriam evoluído a partir de organizações moleculares mais simples e ele acreditava na hipótese da evolução gradual dos sistema químicos (também conhecida como Teoria heterotrófica). Segundo essa teoria, na atmosfera da Terra primitiva não havia oxigênio (O2) e nitrogênio (N2), sendo o ar composto de gases como metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2) e vapores de água (H2O). Não havendo oxigênio, não havia uma camada protetora de ozônio (O3) e, isso significava que além da luz visível, a superfície do Planeta era bombardeada por raios ultra-violeta e a temperatura, bastante elevada. Sob o efeito adicional de tempestades elétricas constantes, as moléculas mais simples teriam sofrido reações químicas e alcançado níveis de organização mais complexas produzindo uma "sopa nutritiva" repleta de açucares simples, aminoácidos, ácidos graxos e nucleotídeos. Veja uma ilustração.
O oceano primitivo, era enfim, um grande balão de ensaio natural para realização de várias combinações bioquímicas possíveis num longo e longo período de tempo: uns 2 bilhões de anos para que tivessem surgido as primeiras organizações de estruturas coacervadas. Os coacervados não podem ser considerados organismos vivos. Entretanto, a sua organização esférica era feita de proteínas e dupla camada de lipídios que separava um meio interno de um meio externo, ou seja, lembrava uma membrana citoplasmática. Essas estruturas artificiais foram denominadas de "protobiontes" ou ainda, microsferas, protocélulas, micelas, lipossomos e coacervados.
Finalmente, em algum momento, ainda num ambiente sem oxigênio, os primeiros organismos teriam surgido na forma de seres unicelulares heterótrofos, nutrindo-se de matéria orgânica simples e produzindo gás carbônico (CO2) e álcool (C2H5OH), ou seja, os primeiros organismos vivos eram fermentadores. Nesse cenário primitivo dominados pelos organismos fermentadores, a atmosfera foi ficando rica em CO2. Esse ambiente teria favorecido um outro tipo de organismo: organismos utilizadores de CO2 mais a energia radiante do sol para a produção das próprias moléculas nutritivas: tinha chegado a vez dos seres unicelulares autótrofos, os primeiros organismos fotossintetizantes. Esses organismos aproveitavam a energia luminosa do sol e a partir de moléculas simples compostas de carbono e oxigênio (CO2) sintetizaram moléculas mais complexas, com o consumo de energia química. Sobrava como subproduto da fotossíntese, o gás oxigênio(O2). O surgimento de organismos fotossintetizantes enriqueceu o teor de oxigênio da atmosfera terrestre. Esse novo cenário favoreceu a seleção de organismos que, além da fermentação com a presença de oxigênio, podiam também degradar moléculas orgânicas complexas até os resíduos mais simples: CO2 e H2O. Em outras palavras, estava inaugurado o surgimento de organismos eucariontes com suas usinas de energia altamente especializadas chamadas mitocôndrias. Tinha finalmente, chegado a hora e a vez dos organismos heterótrofos, com respiração aeróbia e produtores de CO2.
Evidências para o fortalecimento da teoria heterotrófica
Nos idos de 1950 os cientistas Harold Urey e Stanley Miller conseguiram produzir artificialmente várias moléculas de aminoácidos a partir de um ambiente com uma atmosfera primitiva cheio de gases desprendidos das erupções vulcânicas (vapores de água (H2O), gás metano (CH4), gás carbônico (CO2), Hidrogênio (H2), amônia (NH3) submetido a descargas elétricas e elevadas temperaturas.
http://pt.wikipedia.org/wiki/Experi%C3%AAncia_de_Urey-Miller
Como teriam surgido os primeiros procariontes?
Mas será que algum organismo poderia sobreviver num ambiente tão empobrecido e tão quente em relação ao que conhecemos hoje? Se pensarmos no ambiente mais hostil da Terra contemporânea , seguramente encontraremos as bactérias! Elas possuem o design corporal mais simples entre os seres vivos, reproduzem-se numa taxa incrivelmente elevada e são os organismos mais antigos da Terra. As bactérias e as algas azuis (ou cianobactérias) pertencem ao Reino Monera que reúne todos os organismos procariontes. São organismos minúsculos que só podemos enxergá-los através do microscópio óptico. A grande maioria é heterótrofa e se alimentam obtendo os nutrientes diretamente do meio, por absorção. Há bactérias autótrofas que produzem os seus próprios nutrientes por quimiossíntese ou por fotossíntese (fotossíntese bacteriana). Essas bactérias fotossintéticas possuem um fotopigmento chamado bacterioclorofila. Os outros seres fotossintetizantes, inclusive as cianobactérias, possuem a clorofila a. As bactérias que usam a bacterioclorofila não produzem O2, ao contrário da fotossíntese vegetal e das cianobactérias.
Resumindo, na Terra primitiva, tudo o que chamamos de vida antes da atmosfera ficar abundante de O2 era povoado por bactérias heterótrofas e bactérias autótrofas fotossintetizantes não-produtoras de O2. Finalmente, o grande salto evolutivo aconteceu quando uma das bactérias fotossintetizantes passou a captar a luz visível por meio de um fotopigmento, utilizar o CO2 como fonte de carbono e a H2O como fonte de hidrogênio. Por essa condição favorável, a atmosfera terrestre, agora rica em oxigênio possibilitou a diversificação dos organismos utilizadores de oxigênio que hoje representa a grande maioria dos seres vivos desse planeta.
CIANOBACTÉRIAS
Essas bactérias sobrevivem a temperaturas altíssimas e, ainda hoje, são encontradas vivendo em condições extremas como nas águas de fontes termais, cuja temperatura é de aproximadamente 74ºC e lagos antárticos com temperatura próximas de 0ºC, resistindo a alta salinidade e períodos de seca. Foram os primeiros produtores primários do planeta, enchendo a atmosfera de O2. Essas bactérias verdadeiramente fotossintetizantes (anteriormente conhecidas como algas azuis ou cianofíceas) possuem características celulares típicas dos procariontes (bactérias sem membrana nuclear), porém apresentam um sistema fotossintetizante semelhante ao das algas, vegetais eucariontes. Além de propiciar o acúmulo O2 na atmosfera primitiva, foi responsável pelo aparecimento da camada de ozônio (O3) que impede a penetração de boa parte da radiação solar ultravioleta.
Como teriam surgido as primeiras células eucarióticas?
Antes, comparemos as células procarionte e eucarionte:
Supõe-se que a origem das células eucariontes a partir de organismos ancestrais procariontes anaeróbios, deva ter ocorrido, há cerca de 1,7 bilhões de anos. A célula eucarionte unicelular (de protozoários como a ameba) ou pluricelulares (das plantas e animais) fundamenta-se no desenvolvimento de dobras membranosas que invaginaram formando compartimentos intracelulares com formas e funções diferenciadas, além de possibilitar e proteção do material genético, pela carioteca. Assim, as diversas organelas: os lisossomos, os retículos endoplamáticos liso e rugoso, os peroxissomos, o complexo de Golgi, os plastos (reserva ou de pigmentação) e as mitocôndrias, dinamizaram o metabolismo celular.
A teoria teoria endossimbiótica, com suporte nas relações mutualísticas propõe que os primeiros eucariontes eram organismos anaeróbios heterotróficos que se alimentavam de arqueobactérias fagocitadas. Quando algumas bactérias primitivas passaram a converter substâncias inorgânicas em orgânicas, evoluindo para a capacidade fotossintetizante e tornando-se autotróficos, outras tornaram-se heterótrofas com capacidade aeróbia.
Teoria endossimbiótica para surgimento das mitocôndrias e dos cloroplastos.
As bactérias aeróbias e as bactérias fotossintéticas fagocitadas por eucariotos simples, teriam mantido relações simbióticas harmoniosas (com benefício para ambas as partes). As bactérias recebiam proteção e nutrientes, enquanto os eucariotos de estrutura celular rudimentar passavam então a aproveitar o processo aeróbico e fotossintético realizado por essas bactérias. Dessa forma, teriam surgido as mitocôndrias e cloroplastos no interior das células eucariontes atuais.
A teoria endossimbiótica foi criada pela bióloga americana Lynn Margulis (1981) e baseia-se em várias evidências: • Tanto as mitocôndrias como os cloroplastos possuem DNA próprio e bastante diferente do que existe no núcleo celular; • As mitocôndrias utilizam um código genético diferente do da célula eucariótica hospedeira e semelhante ao das bactérias e Arqueobactérias; • Ambos estas organelas se encontram rodeados por duas ou mais membranas e a mais interna tem diferenças na composição em relação às outras membranas da célula e semelhanças com a dos procariontes; • Ambas se formam por fissão binária, como é comum nas bactérias.
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