Introdução à Biologia/Introdução

O que é a vida?

Os organismos vivos, tanto os animais, como as plantas e as bactérias, são constituídos pelos mesmos elementos químicos de que são feitos os oceanos, as rochas e as estrelas. Contudo os organismos vivos distinguem-se dos organismos não vivos porque apresentam algumas características em comum, como por exemplo: são constituídos por células, todos nascem, crescem, reproduzem-se e por fim morrem. Mas, para tudo isto, precisam de energia, as plantas, obtêm-na do Sol através da fotossíntese, os animais dos alimentos, constituídos por plantas ou outros animais, e as bactérias da fotossíntese, ou da degradação de substâncias orgânicas. Parte desta energia é utilizada para manter a ordem interna. Todos os seres vivos, para conseguirem viver necessitam de manter inalteradas algumas características, como a temperatura, ou a concentração de água, independentemente das condições ambientais em que se encontram. Outra grande parte desta energia é gasta durante a reprodução, esta pode é mais simples no seres unicelulares, e mais complexa nos seres pluricelulares. Com a reprodução, os seres vivos transmitem às gerações seguintes as informações relativas à sua estrutura e ao seu funcionamento, estas informações estao contidas numa energia, molécula chamada de DNA. Com efeito as novas gerações são semelhantes aos seus progenitores mas não são idênticos, estas possuem sempre pequenas novidades o que lhes permite uma melhor adaptação a eventuais mudanças do ambiente, ou um melhor aproveitamento dos seus recursos. Este facto demonstra outra importante característica dos seres vivos, ou seja, a capacidade de evoluírem. Os primeiros seres vivos a aparecerem foram os seres procariontes e estes terão aparecido num momento entre a origem da Terra (4600Ma) e os 3000 Ma, época do primeiro achado fóssil. As células eucarióticas, terão surgido há 2000 – 1400 Ma, seguida dos seres multicelulares a 700 Ma.

Origem da vida?

Existem várias teorias conhecidas para explicar a origem da vida, nomeadamente:

• Abiogénese e ou Teoria da Geração Espontânea
• Panspermia (Teoria Cosmozóica)
• Biogénese

Abiogénese ou Teoria da Geração Espontânea

“Sempre que um homem depara-se com o inesperado, o exuberante espectáculo das coisas vivas, considera-o uma instância da geração espontânea da vida”Aleksandr Oparin

A expressão geração espontânea é a convicção de que a vida pode surgir espontaneamente, a qualquer momento, ao acaso, a partir da matéria inerte, não viva, sem progenitores naturais. A teoria da Geração Espontânea foi fortemente defendida por Aristóteles, sendo este cientista um dos que mais se evidenciou na defesa desta teoria, cujo pensamento acabou por influenciar os sábios do mundo ocidental durante muitos séculosAristóteles considerava que a vida poderia originar-se a partir de matéria inerte (“principio passivo”) que interagia com um “princípio activo”, esse podia organizar uma sequência de factos, os quais produziriam a vida, isto é, um ser vivo, a partir da matéria inerte, desde que tivesse condições favoráveis. Os seres vivos assim originados podiam ser simples ou complexos, mas surgiam sempre de um modo súbito e espontâneo. Baseando-se no conceito deste princípio activo, Aristóteles explicou porque um ovo fecundado podia tornar-se num ser vivo. A Teoria da Geração Espontânea ficou posteriormente mais enriquecida com o apoio de outros cientistas, tais como William Harvey, que ficou célebre pelos seus trabalhos sobre circulação sanguínea, René Descartes e Isacc Newton. Outro cientista muito importante para fortalecer esta teoria foi Jean Baptiste vonn Helmont, que se tornou um grande adepto desta teoria. Este mostrou que substâncias não vivas podiam originar ser vivo, a partir da elaboração de uma receita para produzir ratos: num ambiente escuro, colocou camisas sujas e algumas espigas de trigo. Verificou, após 22 dias a presença de pequenos ratinhos. Mas este não colocou a hipótese de os ratos poderem vir do exterior. No século XVII apareceram alguns opositores a esta teoria mas a mesma continuou a ter grande aceitação até meados do século XIX.

Pasteur.

Foi em 1862, a partir das experiências célebres do cientista Louis Pasteur que esta teoria começou a ser desacreditada. A ideia dessa hipótese foi limitada à possibilidade de que as bactérias pudessem originar-se de novo a partir dos fluídos internos e em caldos de carne alimentícios. A importância das famosas experiências de Pasteur foi mostrar que muitos exemplos da declarada geração espontânea da bactéria estavam sujeitos a uma outra interpretação nomeadamente à contaminação dos fluídos nutrientes contidos em frascos por microrganismos presentes no ar. Ficou comprovado que nas condições da Terra actual não ocorre geração espontânea.

Panspermia ou Teoria Cosmozóica

Alguns cientistas alemães tais como, Liebig, Richter, Helmholtz , no final do século XIX, sugeriram que a vida na Terra deveria ter sido trazida de qualquer outro ponto do Universo sob a forma de esporos resistentes transportados por meteoritos. Em 1908, um químico sueco, Arrhenius, admitiu que a vida terrestre surgiu em consequência do transporte do Espaço para a Terra de compostos orgânicos ou de organismos primitivos que encontraram na Terra primitiva condições especialmente favoráveis para evoluírem. Quando esta hipótese surgiu, o conhecimento do Universo estava muito pouco desenvolvido. Estas ideias constituem a base desta tendência explicativa da origem da vida. Os críticos de então argumentavam que as condições a que os esporos vindos do espaço ficariam submetidos durante a “viagem”, como por exemplo, o frio glacial no espaço sideral, as radiações, as temperaturas elevadas aquando da entrada dos meteoritos na atmosfera não permitiriam provavelmente a sua sobrevivência. Contudo, a presença de matéria orgânica em metoritos encontrados na Terra tem sido usada como argumento a favor desta teoria, o que não invalida a possibilidade de contaminação terrestre, após a queda do meteorito. Actualmente, já foi comprovada a existência de moléculas orgânicas no espaço, como o formaldeído, álcool etílico e alguns aminoácidos. No entanto, estas moléculas parecem formar-se espontaneamente, sem intervenção biológica.

Biogénese

Embora fossem muitos os cientistas que acreditavam que os seres vivos nasciam directamente da matéria não viva, havia quem duvidasse dessa hipótese, entre os quais Francesco Redi e Luís Pasteur. Com as suas experiências, esses dois cientistas basearam-se na moderna investigação científica do problema da origem da vida com o único propósito de invalidar a Teoria da Geração Espontânea. Francesco Redi, numa suposição básica, demonstrou claramente que a vida não é gerada espontaneamente, acreditando que a terra bem como os seus constituintes foram criados por um ser supremo e omnipotente e, portanto, sobrenatural. Para testar a sua hipótese, Redi realizou a seguinte experiência:

“…arranjei quatro frascos de boca larga e coloquei dentro uma cobra, uns peixes, umas enguias e um pedaço de vitela; fechei e selei estes fracos. Enchi outros frascos iguais com as mesmas coisas, mas deixei-os abertos. Não demorou muito a que a carne e o peixe destes segundos frascos ficassem cheios de bichos e que as moscas fossem vistas a entrar e a sair à vontade; mas nos frascos fechados não vi um único bicho, mesmo ao fim de muitos dias”(Francesco Redi)

Redi contrapôs pela primeira vez a ideia do “principio activo” da Teoria da Geração Espontânea, segundo este cientista a vida surge a partir de organismos, pré-existentes.

Em 1929 Aleksandr Oparin, bioquímico russo, admitiu um modelo de evolução pré – biológica (evolução química) que terá culminado com o aparecimento dos primeiros seres vivos.

O modelo propostos por Oparin para a origem da vida na Terra primitiva integra vários pressupostos:

• A atmosfera da Terra primitiva era essencialmente constituída por H2,CH4, NH3 e vapor de água.
• 1ªetapa – os constituintes gasosos da atmosfera primitiva sujeitos à acção de energia provenientes de diferentes fontes – como energia solar, calor da crosta terrestre, radioactividade e descargas eléctricas que acompanhavam as grandes tempestades. Reagiram entre si e originaram os primeiros compostos orgânicos que eram moléculas muito simples. Os compostos orgânicos formados na atmosfera primitiva foram transferidos para os oceanos, onde se acumularam, constituindo aquilo que mais tarde foi denominado por “sopa primitiva”.
• 2ªetapa – um processo de evolução química conduziu à formação de moléculas orgânicas mais complexas a partir de moléculas simples.
• 3ªetapa – essas moléculas orgânicas ter-se-iam agregado constituindo unidades individualizadas do meio.
• 4ªetapa – a partir dos agregados pré celulares, em condições ambientais a apropriadas poderiam surgir vida.

Em 1929 um biólogo inglês, Jonh Haldane, independentemente de Oparin, propõe um modelo para a origem da vida cujas ideias básicas são muito semelhantes às consideradas por Oparin. Estas concepções de evolução química pré-biológica conhecidas por modelo Oparin-Haldane, constituem as bases da Hipótese Heterotrófica da origem da vida. Desde há muito que o elevado conteúdo em água nos organismos sugeriu que a vida na Terra deveria ter tido origem nos oceanos. De facto, foi verificada uma certa correspondência entre o conteúdo de certos elementos químicos tais como Ca²+ e K+, na água do mar e no sangue e tecidos dos seres vivos. Isto levou a pensar que os primeiros sistemas vivos organizaram-se na água e tenderiam a incorporar o ambiente primitivo, tornando-se o meio interior semelhante ao ambiente da primitiva história da vida. Na primeira metade deste século foram realizadas algumas tentativas de simulação laboratorial do ambiente da terra primitiva, todavia os resultados não foram em geral encorajadores.

Experiência de Urey-Miller.

No inicio da década de cinquenta, Harold Urey, Prémio Nobel da Química, que estudava então as atmosferas redutoras de Júpiter e Saturno, ricas em hidrogénio, estava também convencido como Oparin, de que a atmosfera gasosa terrestre primitiva era fortemente redutora e continha essencialmente H2,CH4, NH3 e vapor de água. Foi a partir desta mistura que Stanley Miller, então jovem colaborador de Urey na Universidade de Chicago, fez a experiência histórica que publicou em 1953 (Fig.1).Miller montou um dispositivo e simulou nele algumas condições que se admitia segundo o modelo de Oparin-Haldane, terem existido na atmosfera primitiva.

Miller com a mistura de H2, CH4, NH3 e vapor de água que preparou simulou descargas eléctricas de alta voltagem. A ideia básica desta experiência era fornecer energia a essa mistura e verificar se se produziam moléculas orgânicas. Os gases depois de terem sido submetidos a descargas eléctricas na ampola, passavam ao longo de um condensador onde eram refrigeradas, formando-se uma solução no qual eram passíveis outras reacções. Como a energia pode destruir as moléculas formadas, fazendo circular os gases, retiraram as moléculas produzidas na fonte de energia evitando assim a sua destruição. Depois da primeira série de descargas eléctricas, o liquido inicialmente incolor, passou a um castanho-alaranjado, o que mostra que possivelmente novas moléculas se haviam formado. Miller empregando uma técnica analítica de cromatografia em papel, analisou a composição da mistura verificando que se tinha formado um grande número de compostos orgânicos, entre os quais vários aminoácidos e outras moléculas básicas da vida.