A origem da vida num tubo de ensaio

O objetivo deste ensaio é discutir alguns aspectos e controvérsias referentes à origem da vida.

A origem da vida num tubo de ensaio

A origem da vida num tubo de ensaio

Poucos temas ao longo da história do desenvolvimento científico foram alvo de tantas polêmicas como a origem da vida. A enorme biodiversidade e capacidade de adaptação observada nos mais diversos ambientes do planeta encantaram e intrigaram a mente de grandes filósofos e cientistas nos últimos séculos.  Muitas civilizações e culturas do passado propuseram respostas, todas insatisfatórias, pois foram inventadas, diferentemente de terem sido devidamente investigadas. Então, pode a ciência propor algo melhor? Pode até parecer presunçoso, mas a resposta é sim. O avanço das técnicas experimentais na biologia, química e física, no último século, em conjunto com as descobertas da geologia e paleontologia, proporcionou um entendimento muito consistente a respeito da constituição dos seres vivos.

A matéria que forma os seres vivos é a mesma que está presente na matéria inanimada. Somos feitos dos mesmos átomos presentes na água, nas rochas, no ar etc. Entretanto, alguns elementos químicos são mais comuns nos seres vivos, como carbono, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e, em menor proporção, fósforo e enxofre. Estes elementos constituem o que chamamos de substâncias orgânicas: proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos, que nos seres vivos, organizam-se formando uma célula. Esta é uma explicação bastante simplista sobre a constituição dos seres vivos, mas nada diz sobre sua origem.

Muitas teorias sobre a origem da vida já foram propostas, mas a maioria apresentou sérios problemas. A origem da vida é um assunto de especulação teórica e experimento de laboratório. No entanto, os mecanismos pelos quais a matéria viva se originou a partir de materiais inanimados não são encontrados no registro de fósseis – reações químicas orgânicas não se fossilizam.

Uma das teorias que ainda hoje tem muitos adeptos é a panspermia[1]. A panspermia sugere que a vida tem origem extraterrestre, chegando à Terra por impactos de asteróides. Não existe ainda nenhuma evidência forte para contestar essa teoria e nem para a sustentá-la. Certamente o grande problema da panspermia é que ela não resolve o problema da origem da vida, só transfere para outro lugar.

A grande maioria dos biólogos não concorda com a panspermia. Ao contrário, sugerem que a vida surgiu a partir de materiais existentes na Terra: quimiossíntese. O conceito de quimissíntese significa “síntese de substâncias simples para formar substâncias complexas utilizando algum tipo de energia”. A proposta de que a vida surgiu na Terra, ou seja, que substâncias complexas – como proteínas, e ácidos nucléicos – poderiam ter derivado de substâncias mais simples, começaram a ganhar força no final do século XIX e meados do século XX. Os experimentos de Louis Pasteur refutaram a abiogênese aristotélica, ou geração espontânea, mas não diziam nada quanto à origem química da vida. Na década de 1920, os cientistas Aleksandr Ivanovitch Oparin e J.  B. S. Haldane , sugeriram, independentemente, a hipótese de que uma série de reações químicas envolvendo as condições atmosféricas da Terra primitiva culminariam com a origem da vida. Conhecida como Hipótese Heterotrófica, ou simplesmente como hipótese Oparin-Haldane, a teoria supõe que os primeiros seres vivos eram heterotróficos extremamente simples, que surgiram através da evolução lenta da matéria inanimada. As condições atmosféricas da Terra primitiva não se pareciam em nada com a composição atual. Segundo a teoria, substâncias orgânicas se formaram quando a energia de descargas elétricas (relâmpagos) e radiação ultravioleta descarregadas em uma atmosfera constituída por amônia, metano, hidrogênio e vapor d’água predominantes na Terra pré-biótica.

Em 1953, Stanley Miller realizou um experimento que entrou para a história da ciência, simulando as condições de uma atmosfera primitiva sujeita à descargas elétricas constantes e, após alguns dias,  verificou a formação de aminoácidos.

Os resultados da experiência de Miller tiveram um grande impacto na comunidade científica. Matérias da imprensa da época davam a entender que bastaria dar uma boa “sacudida” naquele caldo para gerar vida.

Se Deus não fez desta maneira, perdeu uma boa chance”, observou o supervisor de Miller, o premio Nobel Harold Urey.

Passada a empolgação causada pelos resultados de Miller ficou claro com o tempo que a questão da origem da vida não era tão simples. Apesar de transcorridos meio século de pesquisas, não estamos mais próximos de sintetizar a vida do que em 1953. O experimento de Miller produziu apenas aminoácidos relativamente simples. Em todo caso, como ficou claro mais tarde, sintetizar aminoácidos não é realmente o problema, mas sim as proteínas. Proteínas são cadeias de aminoácidos[2] e são responsáveis por diversas reações químicas que compõem o metabolismo de uma célula. Mesmo tendo atingido sua complexidade estrutural, uma proteína não serve para nada se não conseguir se reproduzir, e elas não conseguem. Para isso, é necessário o DNA e RNA (ácidos nucléicos). Surge aí um dos grandes paradoxos da biologia evolutiva. As proteínas não podem existir sem o DNA, e o DNA não tem nenhum propósito sem as proteínas. Em termos de complexidade as moléculas de DNA e RNA são muito mais complexas que as proteínas, e de acordo com a hipótese heterotrófica moléculas complexas surgiram a partir de moléculas mais simples, então como explicar que nos seres vivos as proteínas sejam sintetizadas a partir de um segmento de DNA?

Durante muito tempo a biologia evolutiva se viu num dilema. O problema de se tentar compreender a origem da vida a partir de elementos químicos existentes na Terra é que o DNA depende das proteínas para se replicar, e as proteínas dependem do código inscrito no DNA para serem construídas.  A vida como é conhecida hoje se apóia em dois pilares: de um lado, a molécula chamada DNA tem a função de armazenar o código genético; de outro, as atividades envolvidas no metabolismo dos seres vivos são catalisadas pelas proteínas. No entanto, a probabilidade de DNA e proteínas terem surgido simultaneamente é muito improvável.

A teoria para explicar a origem da vida exige, portanto, a existência de uma molécula que tenha a propriedade de se auto-replicar e carregar informações genéticas. A chave para a solução deste dilema é uma molécula intermediária: o RNA. O RNA, assim como as proteínas, pode catalisar importantes reações bioquímicas. E assim como o DNA, o RNA também pode armazenar informações genéticas. O RNA provavelmente foi a primeira das moléculas genéticas conhecidas a surgir, pois seria capaz de fazer sozinha aquilo que os seres vivos de hoje só conseguem fazer com ajuda das proteínas. Moléculas de RNA atuariam como catalisadoras – promotoras de reações químicas – sendo capazes de copiar a si próprias. No entanto, ninguém nunca observou uma molécula de RNA que se auto-duplicasse. Deve ter existido uma molécula intermediária com essas propriedades. Richard Dawkins chama essas moléculas intermediárias de replicadores[3]. Em algum momento no passado, nas condições da Terra primitiva, formou-se, por acaso, uma molécula particularmente notável. Não é preciso que ela tenha sido a maior molécula existente, porém ela tinha uma capacidade extraordinária: a capacidade de criar cópias de si mesma. Este pode parecer um tipo de ocorrência pouco provável, e de fato foi. Mas não é absurdo imaginar que eventos extraordinários possam ocorrer algumas vezes em 100 milhões de anos, e neste caso, ele só precisaria acontecer uma única vez.

À medida que se formavam e propagavam cópias idênticas, é bastante razoável imaginar que poderiam ocorrer erros de replicação, dando origem a uma grande variedade de moléculas replicadoras “descendentes” do mesmo ancestral. Portanto, o “caldo primordial” de substâncias orgânicas que se formaram nos oceanos primitivos deve ter sido “povoado” por algumas variedades de moléculas, algumas mais estáveis, outras com maior velocidade de replicação, ou ainda com capacidade de se replicarem com alto grau de precisão. Quando os replicadores tornaram-se numerosos e em diferentes variedades, deve ter havido competição. Algumas variedades de replicadores podem ter sido favorecidas, ou selecionadas, tornando-se mais abundantes que outras. Outros replicadores podem ter erguido uma espécie de barreira física de proteína à sua volta. Talvez as primeiras células tenham surgido assim (DAWKINS, 2007).

Nas condições atmosféricas atuais esse processo de quimiossíntese seria impossível. Mesmo que replicadores se formassem, seriam rapidamente oxidados. Nenhum cientista espera encontrar esses replicadores flutuando nos oceanos atuais, ou mesmo fossilizados. Hoje em dia, eles se agrupam em colônias imensas, seguros no interior de células, ou máquinas de sobrevivência, como Richard Dawkins gosta de chamar, e são o que conhecemos como genes.

Parece que estamos observando mais um capítulo da odisséia para tentar entender a origem da vida. Esta semana, Gerald Joyce, do Instituto de Pesquisa Scripps, em La Jolla, Califórnia, publicou um comentário na revista Science sobre os resultados da pesquisa de dois cientistas da Universidade da Califórnia, Michael Robertson e William Scott. Eles sintetizaram uma molécula de RNA que realizava exatamente essa função de auxiliar na auto-replicação. Os dois pesquisadores afirmam que decifraram a estrutura molecular dessa substância, oferecendo novas evidências de como a vida pode surgir a partir de compostos orgânicos simples. “Nós temos o primeiro vislumbre de como pode ter sido essa RNA replicase”, diz Gerald Joyce.

Ao que parece os replicadores eram precursores das atuais moléculas de RNA. Entretanto, a questão da origem da vida permanecerá um mistério, principalmente, pelo fato de que não há como ter absoluta certeza sobre as condições exatas da Terra primitiva e todos os eventos que ocorreram nesses últimos 4 bilhões de anos. Futuyma (2003) comenta que não existem razões para se argumentar que a inabilidade dos bioquímicos em sintetizar vida ‘de novo’ em meros 30 anos de experimentação seja uma evidência contra a origem da vida na Terra.

Mesmo sem ter conseguido recriar um ser vivo em laboratório, a ciência tem se saído muito bem dentro daquilo que se propõem. E dentro desse contexto, a atual teoria sobre a “origem da vida observada num tubo de ensaio” oferece uma ampla explicação sobre a sequência esperada para o surgimento da vida na Terra.

 

Bibliografia Consultada

DAWKINS, Richard; O gene egoísta. São Paulo: Companhia das Letras, 2007.

FUTUYMA, Douglas; Biologia Evolutiva. 2ºed. São Paulo: FUNPEC, 2003.

 


[1] Panspermia é a hipótese segundo a qual as sementes de vida são prevalentes em todo o Universo e que a vida na Terra começou quando uma dessas sementes aqui chegou, tendo-se propagado. Essa idéia tem origem nos pensamentos de Anaxágoras, mas a sua versão mais moderna foi proposta por Hermann von Helmholtz em 1879.

[2] São conhecidos 22 aminoácidos que ocorrem naturalmente na Terra, e outros podem vir a ser descobertos, mas apenas 20 deles são necessários para produzir as proteínas presentes nos organismos vivos.

[3] Para saber mais sobre o assunto, ler DAWKINS, Richard; O gene egoísta. São Paulo: Companhia das Letras, 2007.

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