A origemda vida

A origemda vida

Prof. César Milani

BIG BANG

� Explosão de matéria� Há aprox. 14 bilhões de anos� Matéria em expansão / “FRAGMENTOS

DE UMA BOMBA”� Força Gravitacional� Aglomeração de matéria / Surgimento do

Sol, Terra...

SOL

� Estrela dentre várias� 5 bilhões de anos� Aglomeração dos fragmentos em

expansão� Calor do Sol: H + H He

TERRA

� Aglomeração da mesma matéria� 4,5 bilhões de anos� “Bola de Fogo”� Aumento de tamanho / Retenção de

gases / Atmosfera terrestre primitiva / “HIDROGÊNIO e HÉLIO”

Origem da Vida

� Teoria da Abiogênese:

� Criada por Aristóteles (384-322 a. C) ;

� Afirmava que as espécies surgem porgeração espontânea;

� Os organismos podiam surgir a partir deuma massa inerte segundo um princípio ativo(nascimento de um rato através dacombinação de uma camisa suja com umpouco de milho);

Origem da vida

� Até meados do séc. XIX, acreditava-se que seres podiam surgir espontaneamente da matéria não-viva.

� Hoje, sabe-se que um ser vivo surge somente através da reprodução.

� Biogênese versus abiogênese

Origem da vida

� Defensores da abiogênese

� Helmont� Needham� Aristóteles � Isaac Newton� René Descartes

� Críticos da abiogênese

� Redi� Joblot� Spallanzani� Louis Pasteur

Origem da vida

� Jan Baptista van Helmont(1577-1644)

“(...)coloca-se, num canto sossegado epouco iluminado, camisas sujas. Sobreelas espalham-se grãos de trigo, e oresultado será que, em 21 dias, surgirãoratos.”

Origem da vida

� Francesco Redi(1626-1697)

� Um dos primeiros a empregar o método experimental

� Uma das principais evidências da abiogênese era oaparecimento “espontâneo” de “vermes” em carne podre

� Hipótese de Redi: “Os seres vermiformes que surgemna carne em putrefação são larvas, um estágio do ciclode vida das moscas. As larvas devem surgir de ovoscolocados por moscas, e não por geração espontânea apartir da putrefação da carne”

Origem da vida

� Meados do século XVII: descoberta dos micróbios.

� Reanimação da hipótese da geração espontânea

� Os abiogenistas achavam que seres tãopequenos e simples como os micróbios não sereproduziam, surgindo por geração espontânea

Origem da vida

� Louis Joblot(1645-1723)

� Em 1711, ferveu um caldo nutritivo à base de carne e repartiu-o entre duas séries de frascos: uns abertos e outros tampados com pergaminho

� Após alguns dias, os frascos abertos estavam repletos de micróbios, enquanto os frascos tampados continuavam inalterados.

� Conclusão de Joblot: Os micróbios surgiam de “sementes” provenientes do ar, e não por geração espontânea a partir do caldo

Origem da vida

� John Needham(1713-1781)

� Hipótese da geração espontânea ganha novo impulso

� Colocou caldo nutritivo em diversos frascos, fervendo-os por 30 min e tampou os frascos com rolhas

� Depois de alguns dias, os caldos estavam repletos de micróbios. Argumentou então que os seres presentes nos caldos surgiram por geração espontânea.

Origem da vida

� Lazzaro Spallanzani(1729-1799)

� Realizou experimentos semelhantes aos de Needham, mas obteve resultados diferentes

� As infusões preparadas por Spallanzani,muito bem fervidas e cuidadosamentearrolhadas, continuaram livre de micróbios

Origem da vida

� Needham versus Spallanzani

� Argumento de Spallanzani: Needham não ferveu o caldo por tempo suficiente ou não vedou os frascos de forma eficiente

� Resposta de Needham: A fervura por tempo prolongado destruía a “força vital” presente no caldo

� François Appert: Aproveitou as experiências de Spallanzani e inventou a indústria de enlatados

Origem da vida

� Final do século XVIII: descoberta do gás oxigênio e seu papel essencial à vida

� Novo ponto de apoio para osabiogenistas, que argumentavam que oaquecimento prolongado e a vedaçãohermética excluíam o oxigênio necessárioà geração espontânea e à sobrevivênciados seres.

Origem da vida

� Nova disputa travada entre biogenistas e abiogenistas

� Abiogenistas: A presença de ar fresco era fundamental para a geração espontânea da vida

� Biogenistas: O ar era a fonte de contaminação dos caldos

� Academia Francesa de Ciências: prêmio para quem apresentasse um experimento definitivo sobre essa questão

Origem da vida

� Louis Pasteur(1822-1895)

� Experiência nos Alpes – Pasteur Levou frascos de vidro fechados completamente contendo caldo nutritivo até as altitudes dos Alpes

� Abriu os frascos para que os caldos ficassem expostos ao ar das montanhas; depois, foram novamente derretidos e fechados

� De volta ao laboratório, verificou que apenas um 1 dos vinte frascos abertos nas montanhas havia se contaminado

Origem da vida

� Os frascos com pescoço de cisne: novo experimento

� Pasteur amoleceu os gargalos no fogo, esticando-os ecurvando-os em forma de pescoço de cisne; em seguidaferveu os caldos até que saísse vapor pela extremidadedos gargalos

� À medida que esfriava, o ar penetrava pelo gargalo, masas partículas do ar ficavam retidas nas paredes dogargalo em forma de pescoço; Nenhum frasco secontaminou

� Derrubada definitiva da hipótese da geração espontânea

BIOGÊNESE

Pasteur comprovouTODO SER VIVO SE ORIGINA DE OUTRO -

reprodução

Mas e o primeiro ser vivo?????

COMO SABER SUA ORIGEM???

TEORIAS MODERNAS SOBRE A ORIGEM DA VIDA

PANSPERMIA E EVOLUÇÃO QUÍMICA

Químico ARRHENIUS

Proposta inicialmente pelo biólogo THOMAS HUXLEY (1825 – 1895) e retomada

na década de 1920 pelo biólogo HALDANE (1862 – 1964)

e pelo bioquímico OPARIN (1894 – 1980)

IMPORTANTE: AS DUAS TEORIAS NÃO SÃO ANTAGONISTAS

Origem da Vida� Teorias Modernas sobre a origem da vida:

� Teoria da Evolução Química ou Molecular:� Admite-se que a vida seja resultado de umprocesso de evolução química em que compostosinorgânicos se combinaram, originando moléculasorgânicas simples (a.a., açúcares, basesnitrogenadas etc.);

� Estas, por sua vez, combinaram-se produzindomoléculas mais complexas (proteínas, lipídios,ácidos nucléicos etc.) com capacidade deautoduplicação e metabolismo.

Oparin, (1894 - 1980)

TEORIA DA “SOPA PRIMORDIAL”Ou NATURALISTA

possuía conhecimentos em geologia, biologia, astronomia e bioquímica. Publicou o livro A Origem da Vida.

Por volta de 1930 - cientista russo

Atmosfera primitiva: metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2) e vapor de água (H2O).

TEORIA DA “SOPA PRIMORDIAL”

TERRA PRIMITIVA

O coacervado

Oparin obteve coacervados ao misturar ácido a uma solução de proteínas em água.

O coacervado que tivesse aprisionado proteínas enzimáticas e uma molécula de ácido de nucléico seria considerado o primeiro ser vivo. Ele seria capaz de realizar metabolismo, de reproduzir-

se, de apresentar hereditariedade e evoluir

Origem da Vida

� Numa experiência pioneira, no iníciodos anos 50, o cientista americanoStanleyMiller (07/03/1930–20/05/2007)

recriou a provável atmosferaprimitiva.

� Misturou num recipientehermeticamente fechado hidrogênio(H2), vapor d'água (H2O), amônia(NH3) e metano (CH4).

Origem da Vida

Em 1999, Stanley Miller (na Universidade daCalifórnia em San Diego) realizou em um experimentosemelhante ao de 1953 (mas com ingredientesdiferentes) gerando uma molécula batizada de "PNA"(sigla de ácido nucléico peptídico, em inglês).

Outra molécula candidata a precursora do RNAtambém foi criada artificialmente na Califórnia,pelo Instituto Scripps.

Stanley Miller (na Universidade da Califórnia em SanDiego) realizou em um experimento (1953) semelhante aode Oparin e obteve AMINOÁCIDOS.

Poucos anos depois (1957), seguindo a mesma linha, obioquímico estadunidense Sidney Fox aqueceu umamistura seca de aminoácidos e constatou a presença demoléculas de natureza proteica (ligações peptídicas)

Melvin Calvin, outro cientista norte-americano, realizouexperiências, bombardeando os gases primitivos comradiações altamente energéticas e obteve, entre outros,compostos orgânicos do tipo carboidrato.

Origem da Vida� Teorias Modernas sobre a origem da vida:

� Panspermia ou cosmozóica :

� A ideia surgiu no final do século XIX e iníciodo século XX por Arrhenius (1859-1927) –entre outros;

� A vida teria surgido de seres vivos ou desubstâncias precursoras da vidaprovenientes de outros locais do cosmos;

TEORIA DA PANSPERMIA

Em agosto de 1996 foi encontrado o meteorito ALH84001 (nome: meteorito número 001, coletado em 1984, na região chamada Allan Hills, na Antártica). Este meteorito é um dos 30 meteoritos já coletados na Terra que acredita-se foram arrancados de Marte por colisões de asteroides.

Ele mostra traços de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e depósitos minerais parecidos com os causados por bactérias na Terra

1,9 kgcristalizou-se no magma de Marte há 4,5 bilhões de anos

caiu na Antárctica 13 mil anos atrás

O RNA é hoje uma espécie de intermediárioentre o DNA e a síntese de proteínas, mas oscientistas acreditam que nem sempre ele teveesse papel secundário.

RNA tem uma estrutura semelhante ao DNA, porisso também é capaz de guardar informaçãogenética. Na verdade ele é quem "lê" a informaçãodo DNA e a transporta para sintetizar proteínas.Além disso, ele é capaz de atuar como alguns tiposde enzimas, proteínas que controlam reaçõesquímicas da célula

No início era DNA ou RNA??

Evolução dos processosenergéticos

� Hipótese heterotrófica: a fonte de alimentodesses seres seria constituída de moléculas que seacumulavam nos mares e lagos primitivos.

� Hipótese autotrófica (Quimiolitoautotróficos):produziam seu alimento a partir da energialiberada por reações químicas (ferro eenxofre) da crosta terrestre.

Ideia reforçada pela descoberta de microrganismos que vivem atualmente em locais inóspitos como vulcões e fontes de água quente.

HIPÓTESE HETEROTRÓFICA

� Alimento escasso / linhagens evoluem para fotossíntese.

� “não possuiam sistemas evoluídos para processos fotossintéticos”

HIPÓTESE AUTOTRÓFICA

� É a mais aceita atualmente� “QUIMIOLITOAUTOTRÓFICOS”� FeS + H2S FeS2 + H2 + ENERGIA� “Arqueas “

� Não existiam moléculas orgânicassuficientes para sustentar a multiplicaçãodos 1º seres até o aparecimento dafotossíntese.

ORIGEM DA FOTOSSÍNTESE

� Sulfobactérias� Trocaram H2S (Sulfeto de Hidrogênio)

por H2O (abundância)6 CO2 + 6 H2O 1 C6H12O6 + 6 O2 + ENERGIA

� Consequência : O2

� Metais oxidados, mortes...

RESPIRAÇÃO AERÓBICA

� Desenvolvimento de sistema antioxidantes� Uso do alto poder de oxidação do O2

1 C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + ENERGIA

� Equilíbrio na Terra: “reagentes e produtos”� Aparecimento da camada de O3

HIPÓTESE ENDOSSIMBIÓTICA� Célula eucariótica primitiva� Englobamento de células procarióticas,

mitocôndrias e cloroplastos.� Simbiose vantajosa: abrigo e alimento / energia.� Relação bem sucedida.

� EVIDÊNCIAS;� Autoduplicação� DNA mitocôndrial e

cloroplástico

COMO SURGIRAM OS PRIMEIROS MULTICELULARES??

SIMBIÓTICA

Diferentes protistas se agregam simbionticamente

COLONIAL

Após a divisão celular de um protista, suas células permanecem unidas

CELULARIZAÇÃO

Organismo unicelular multinucleado desenvolve

membranas entre os núcleos

Simbiose e Celularização trouxeram benefícios....proteção contra predação ou variações do meio ambiente e aumento da aderência ao substrato

Volvox – forma multicelular esférica com 2000 células somáticas flageladas e 16

células reprodutivas

Pandorina – forma multicelular esférica com

16 células idênticas

Gonium – forma multicelular achatada com 4 a 16 células ciliadas idênticas

Pleodorina – forma multicelular esférica com 64 ou 128 células, sendo 24 ou 48 somáticas flageladas

ALGAS VERDES UNICELULARES... OS ANCESTRAIS DE FUNGOS E PLANTAS...

Em determinadas condições ambientais, esses protistas se agregam, formando colônias de

células idênticas

Eucariotos unicelulares (protistas) aquáticos formados por uma célula arredondada com um único flagelo rodeado por

uma coroa de cílios

COANOFLAGELADOS, OS ANCESTRAIS DOS ANIMAIS...

Há 135 anos, biólogos notaram que

células muito semelhantes aos

COANOFLAGELADOS faziam parte da estrutura das esponjas...

...e chamaram essas células de

COANÓCITO

Uma vez agregadas, as célulasiniciam um processo dediferenciação, em resposta ao meioambiente, tornando-seespecializadas em determinadasfunções...

Nestas diferenciações, surgem grupos de células germinativas e

estruturas reprodutivas....

1) (UFMG) Observe esta figura:

É CORRETO afirmar que a presença de lagartas em espigas de milho se deve:a) ao processo de geração espontânea comum aos invertebrados.b) à transformação dos grãos em lagartas.c) ao desenvolvimento de ovos depositados por borboletas.d) ao apodrecimento do sabugo e dos grãos.

2) (UNIFAL) Do início da vida na Terra, até o aparecimento dos seres vivos atuais, aconteceram vários eventos, como por exemplo:I - formação das primeiras células;II - formação de moléculas orgânicas complexas;III - aparecimento de organismos capazes de produzir alimentos pela fotossíntese;IV - surgimento dos primeiros organismos aeróbicos.Marque a alternativa que indica a ordem mais aceita, atualmente, para o acontecimento desses eventos.a) I - II - IV - IIIb) II - III - IV - Ic) I - IV - III - IId) II - I - III – IVe) II – IV – I - V

(MACKENZIE)I - Segundo a hipótese heterotrófica, os organismos com esse tipo de nutrição foram osúltimos a surgir.

II - O surgimento dos organismos fotossintetizantes permitiu o aparecimento darespiração aeróbica.

III - Sob determinadas circunstâncias, foi possível o surgimento de substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas.IV - O surgimento dos coacervados permitiu que algumas moléculas como o DNA se mantivessem íntegras por mais tempo.Dentre as afirmações acima, relativas à origem dos seres vivos, estão corretas, apenas:a) II, III e IV.b) II e III.c) III e IV.d) I e II.e) I e IV.

ATÉ A PRÓXIMA!!

Origem da vida

� Argumento de Pasteur: O ar das montanhascontinha muito menos “sementes” deorganismos microscópicos do que o ar dacidade, onde qualquer frasco aberto sempre secontaminava

� Na presença de membros da academia,quebrou o gargalo de alguns frascos, expondoos caldos ao ar da cidade; 3 dias depois, todosos frascos haviam sido contaminados

� Comissão julgadora solicitou mais provas

Origem da Vida� Os aglomerados proteicos formadas naprimitividade da Terra foram organizados eenvoltos por uma película de moléculas de águachamados de Coacervados ou Coacervatos.

� A partir destas estruturas é que surgiramtodos os seres vivos da Terra.

� “Segundo a proposta evolucionista!”

TEORIA DA PANSPERMIA

Estudos realizados sobre o meteorito de nome EETA79001 (de origem provável de Marte), está ainda longe de nos dar resultados conclusivos

Já foi comprovada aexistência de moléculasorgânicas no espaço.

"Panspermia", hipótese segundo a qual as“sementes de vida” são prevalentes em todo oUniverso e que a vida na Terra começou quandouma dessas sementes aqui.

O RNA é hoje uma espécie de intermediário entre o DNA e a síntese deproteínas, mas os cientistas acreditam que nem sempre ele teve esse papelsecundário

RNA tem uma estrutura semelhante ao DNA, por isso também é capaz deguardar informação genética. Na verdade ele é quem "lê" a informaçãodo DNA e a transporta para sintetizar proteínas.Além disso, ele é capaz de atuar como alguns tipos de enzimas,proteínas que controlam reações químicas da célula

Bioquímico Leslie Orgel, do Instituto Salk (Califórnia) - fim da década de 60:“caso uma enzima de RNA fosse capaz de se auto-replicar, poderia aomesmo tempo guardar informação genética e sustentar o metabolismo deum ser vivo - tudo isso sem precisar do DNA e da polimerase. “

Orgel previa um mundo de micróbios de RNA, que só foram desbancadospela seleção natural após surgir o primeiro ser vivo com DNA, moléculamuito mais eficaz na tarefa de guardar informação genética

No início era DNA ou RNA??

HIPÓTESE HETEROTRÓFICA

� “Sopas Orgânicas”- Constituição dos seres- Alimento dos seres

� Fermentação

C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + ENERGIA

HIPÓTESE AUTOTRÓFICA

� É a mais aceita atualmente� “QUIMIOLITOAUTOTRÓFICOS”� FeS + H2S FeS2 + H2 + ENERGIA� “Arqueas “� FeS e H2S foram substituídos pela H2O /

muito abundante na Terra

Origem da Vida� Fez passar através dessa mistura fortesdescargas elétricas para simular os raios dastempestades ocorridas continuamente naépoca e obteve então aminoácidos - "tijolos"básicos das proteínas.

� Outras experiências testaram os efeitos docalor, dos raios ultravioleta e das radiaçõesionizantes sobre misturas semelhantes à deMiller - todas simulando a atmosferaprimitiva. ( SIDNEY FOX 1912 – 1998,OBTEVE MICROESFERAS – BOLSAS COMMEMBRANAS PROTEICAS)