aula origem da vida

A A origemorigemda vidada vida

A A origemorigemda vidada vida

Prof. César Milani

BIG BANGBIG BANG

�� Explosão de matExplosão de matéériaria

�� HHáá aprox. 14 bilhões de anosaprox. 14 bilhões de anos

�� MatMatééria em expansão / ria em expansão / ““FRAGMENTOS FRAGMENTOS DE UMA BOMBADE UMA BOMBA””

�� ForForçça Gravitacionala Gravitacional

�� AglomeraAglomeraçção de matão de matééria / Surgimento do ria / Surgimento do Sol, Terra...Sol, Terra...

SOLSOL

�� Estrela dentre vEstrela dentre vááriasrias

�� 5 bilhões de anos5 bilhões de anos

�� AglomeraAglomeraçção dos fragmentos em ão dos fragmentos em expansãoexpansão

�� Calor do Sol: H + H Calor do Sol: H + H HeHe

TERRATERRA

�� AglomeraAglomeraçção da mesma matão da mesma matéériaria

�� 4,5 bilhões de anos4,5 bilhões de anos

�� ““Bola de FogoBola de Fogo””

�� Aumento de tamanho / RetenAumento de tamanho / Retençção de ão de gases / Atmosfera terrestre primitiva / gases / Atmosfera terrestre primitiva / ““HIDROGÊNIO e HHIDROGÊNIO e HÉÉLIOLIO””

Origem da VidaOrigem da Vida

�� Teoria da Abiogênese:Teoria da Abiogênese:

�� Criada por AristCriada por Aristóóteles (384teles (384--322 a. C) ;322 a. C) ;

�� Afirmava que as espAfirmava que as espéécies surgem por cies surgem por gerageraçção espontânea;ão espontânea;

�� Os organismos podiam surgir a partir de Os organismos podiam surgir a partir de uma massa inerte segundo um princuma massa inerte segundo um princíípio ativo pio ativo (nascimento de um rato atrav(nascimento de um rato atravéés da s da combinacombinaçção de uma camisa suja com um ão de uma camisa suja com um pouco de milho);pouco de milho);

Origem da vidaOrigem da vida

�� AtAtéé meados do smeados do sééc. XIX, acreditavac. XIX, acreditava--se que se que seres podiam surgir espontaneamente da seres podiam surgir espontaneamente da matmatééria nãoria não--viva.viva.

�� Hoje, sabeHoje, sabe--se que um ser vivo surge se que um ser vivo surge somente atravsomente atravéés da s da reprodureproduççãoão..

�� Biogênese Biogênese versusversus abiogêneseabiogênese


�� Defensores da Defensores da abiogêneseabiogênese

�� HelmontHelmont�� NeedhamNeedham�� AristAristóóteles teles �� Isaac NewtonIsaac Newton�� RenRenéé DescartesDescartes

�� CrCrííticos da ticos da abiogêneseabiogênese

�� RediRedi�� JoblotJoblot�� SpallanzaniSpallanzani�� Louis PasteurLouis Pasteur


�� JanJan Baptista Baptista vanvan HelmontHelmont(1577(1577--1644)1644)

““(...)coloca(...)coloca--se, num canto sossegado e se, num canto sossegado e pouco iluminado, camisas sujas. Sobre pouco iluminado, camisas sujas. Sobre elas espalhamelas espalham--se grãos de trigo, e o se grãos de trigo, e o resultado serresultado seráá que, em 21 dias, surgirão que, em 21 dias, surgirão ratos.ratos.””


�� Francesco Francesco RediRedi(1626(1626--1697)1697)

�� Um dos primeiros a empregar o mUm dos primeiros a empregar o méétodo experimentaltodo experimental

�� Uma das principais evidências da abiogênese era o Uma das principais evidências da abiogênese era o aparecimento aparecimento ““espontâneoespontâneo”” de de ““vermesvermes”” em carne podreem carne podre

�� HipHipóótese de tese de RediRedi: : ““Os seres Os seres vermiformesvermiformes que surgem que surgem na carne em putrefana carne em putrefaçção são ão são larvaslarvas, um est, um estáágio do ciclo gio do ciclo de vida das moscas. As larvas devem surgir de ovos de vida das moscas. As larvas devem surgir de ovos colocados por moscas, e não por geracolocados por moscas, e não por geraçção espontânea a ão espontânea a partir da putrefapartir da putrefaçção da carneão da carne””


�� Meados do sMeados do sééculo XVII: descoberta dos culo XVII: descoberta dos micrmicróóbios.bios.

�� ReanimaReanimaçção da hipão da hipóótese da geratese da geraçção ão espontâneaespontânea

�� Os Os abiogenistasabiogenistas achavam que seres tão achavam que seres tão pequenos e simples como os micrpequenos e simples como os micróóbios não se bios não se reproduziam, surgindo por gerareproduziam, surgindo por geraçção espontâneaão espontânea


�� Louis Louis JoblotJoblot(1645(1645--1723)1723)

�� Em 1711, ferveu um caldo nutritivo Em 1711, ferveu um caldo nutritivo àà base de carne e base de carne e repartiurepartiu--o entre duas so entre duas sééries de frascos: uns abertos e ries de frascos: uns abertos e outros tampados com pergaminhooutros tampados com pergaminho

�� ApApóós alguns dias, os frascos abertos estavam repletos s alguns dias, os frascos abertos estavam repletos de micrde micróóbios, enquanto os frascos tampados bios, enquanto os frascos tampados continuavam inalterados.continuavam inalterados.

�� Conclusão de Conclusão de JoblotJoblot: Os micr: Os micróóbios surgiam de bios surgiam de ““sementessementes”” provenientes do ar, e não por geraprovenientes do ar, e não por geraçção ão espontânea a partir do caldoespontânea a partir do caldo


�� John John NeedhamNeedham(1713(1713--1781)1781)

�� HipHipóótese da geratese da geraçção espontânea ganha novo impulsoão espontânea ganha novo impulso

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

�� Depois de alguns dias, os caldos estavam repletos de Depois de alguns dias, os caldos estavam repletos de micrmicróóbios. Argumentou então que os seres presentes bios. Argumentou então que os seres presentes nos caldos surgiram por geranos caldos surgiram por geraçção espontânea.ão espontânea.


�� LazzaroLazzaro SpallanzaniSpallanzani(1729(1729--1799)1799)

�� Realizou experimentos semelhantes aos Realizou experimentos semelhantes aos de de NeedhamNeedham, mas obteve resultados , mas obteve resultados diferentesdiferentes

�� As infusões preparadas por As infusões preparadas por SpallanzaniSpallanzani, , muito bem fervidas e cuidadosamente muito bem fervidas e cuidadosamente arrolhadas, continuaram livre de micrarrolhadas, continuaram livre de micróóbiosbios


�� NeedhamNeedham versusversus SpallanzaniSpallanzani

�� Argumento de Argumento de SpallanzaniSpallanzani: : NeedhamNeedham não ferveu o caldo não ferveu o caldo por tempo suficiente ou não vedou os frascos de forma por tempo suficiente ou não vedou os frascos de forma eficienteeficiente

�� Resposta de Resposta de NeedhamNeedham: A fervura por tempo prolongado : A fervura por tempo prolongado destrudestruíía a a a ““forforçça vitala vital”” presente no caldopresente no caldo

�� FranFranççois ois AppertAppert: Aproveitou as experiências de : Aproveitou as experiências de SpallanzaniSpallanzani e inventou a inde inventou a indúústria de enlatadosstria de enlatados


�� Final do sFinal do sééculo XVIII: descoberta do gculo XVIII: descoberta do gáás s oxigênio e seu papel essencial oxigênio e seu papel essencial àà vidavida

�� Novo ponto de apoio para os Novo ponto de apoio para os abiogenistasabiogenistas, que argumentavam que o , que argumentavam que o aquecimento prolongado e a vedaaquecimento prolongado e a vedaçção ão hermherméética exclutica excluííam o oxigênio necessam o oxigênio necessáário rio àà gerageraçção espontânea e ão espontânea e àà sobrevivência sobrevivência dos seres.dos seres.


�� Nova disputa travada entre Nova disputa travada entre biogenistasbiogenistas e e abiogenistasabiogenistas

�� AbiogenistasAbiogenistas: A presen: A presençça de ar fresco era fundamental a de ar fresco era fundamental para a gerapara a geraçção espontânea da vidaão espontânea da vida

�� BiogenistasBiogenistas: O ar era a fonte de contamina: O ar era a fonte de contaminaçção dos ão dos caldoscaldos

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


�� Louis Pasteur(1822Louis Pasteur(1822--1895)1895)

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

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

�� De volta ao laboratDe volta ao laboratóório, verificou que apenas um 1 dos rio, verificou que apenas um 1 dos vinte frascos abertos nas montanhas havia se vinte frascos abertos nas montanhas havia se contaminadocontaminado


�� Argumento de Pasteur: O ar das montanhas Argumento de Pasteur: O ar das montanhas continha muito menos continha muito menos ““sementessementes”” de de organismos microscorganismos microscóópicos do que o ar da picos do que o ar da cidade, onde qualquer frasco aberto sempre se cidade, onde qualquer frasco aberto sempre se contaminavacontaminava

�� Na presenNa presençça de membros da academia, a de membros da academia, quebrou o gargalo de alguns frascos, expondo quebrou o gargalo de alguns frascos, expondo os caldos ao ar da cidade; 3 dias depois, todos os caldos ao ar da cidade; 3 dias depois, todos os frascos haviam sido contaminadosos frascos haviam sido contaminados

�� Comissão julgadora solicitou mais provasComissão julgadora solicitou mais provas


�� Os frascos com pescoOs frascos com pescoçço de cisne: novo experimentoo de cisne: novo experimento

�� Pasteur amoleceu os gargalos no fogo, esticandoPasteur amoleceu os gargalos no fogo, esticando--os e os e curvandocurvando--os em forma de pescoos em forma de pescoçço de cisne; em seguida o de cisne; em seguida ferveu os caldos atferveu os caldos atéé que saque saíísse vapor pela extremidade sse vapor pela extremidade dos gargalosdos gargalos

�� ÀÀ medida que esfriava, o ar penetrava pelo gargalo, mas medida que esfriava, o ar penetrava pelo gargalo, mas as partas partíículas do ar ficavam retidas nas paredes do culas do ar ficavam retidas nas paredes do gargalo em forma de pescogargalo em forma de pescoçço; Nenhum frasco se o; Nenhum frasco se contaminoucontaminou

�� Derrubada definitiva da hipDerrubada definitiva da hipóótese da geratese da geraçção espontâneaão espontânea

BIOGÊNESEBIOGÊNESE

Pasteur comprovouTODO SER VIVO SE ORIGINA DE OUTRO -

reprodução

Mas e o primeiro ser Mas e o primeiro ser vivo?????vivo?????

COMO SABER SUA COMO SABER SUA ORIGEM???ORIGEM???

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 PRIMITIVATERRA 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


�� Numa experiência pioneira, no inNuma experiência pioneira, no iníício dos cio dos anos 50, o cientista americano Stanley anos 50, o cientista americano Stanley Miller recriou a provMiller recriou a prováável atmosfera vel atmosfera primitiva.primitiva.

�� Misturou num recipiente Misturou num recipiente hermeticamente fechado hidrogênio hermeticamente fechado hidrogênio (H(H22), vapor ), vapor d'd'áágua (Hgua (H22O), amônia (NHO), amônia (NH33) e ) e metano (CHmetano (CH44). ).

Origem da VidaOrigem da Vida�� Fez passar atravFez passar atravéés dessa mistura fortes s dessa mistura fortes descargas eldescargas eléétricas para simular os raios das tricas para simular os raios das tempestades ocorridas continuamente na tempestades ocorridas continuamente na éépoca e obteve então aminopoca e obteve então aminoáácidos cidos -- "tijolos" "tijolos" bbáásicos das protesicos das proteíínas.nas.

�� Outras experiências testaram os efeitos do Outras experiências testaram os efeitos do calor, dos raios ultravioleta e das radiacalor, dos raios ultravioleta e das radiaçções ões ionizantes sobre misturas semelhantes ionizantes sobre misturas semelhantes àà de de Miller Miller -- todas simulando a atmosfera todas simulando a atmosfera primitiva.primitiva.

Origem da VidaOrigem da Vida�� Os aglomerados protOs aglomerados protééicos formadas na icos formadas na primitividade da Terra foram organizados e primitividade da Terra foram organizados e envoltos por uma pelenvoltos por uma pelíícula de molcula de molééculas de culas de áágua gua chamados de chamados de CoacervadosCoacervados ou ou CoacervatosCoacervatos..

�� A partir destas estruturas A partir destas estruturas éé que surgiram que surgiram todos os seres vivos da Terra.todos os seres vivos da Terra.

�� ““Segundo a proposta evolucionista!Segundo a proposta evolucionista!””

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

�� Teoria da EvoluTeoria da Evoluçção Quão Quíímica ou Molecular:mica ou Molecular:�� Proposta por cientistas como Oparin (1894Proposta por cientistas como Oparin (1894--1980);1980);�� AdmiteAdmite--se que a vida seja resultado de um se que a vida seja resultado de um processo de evoluprocesso de evoluçção quão quíímica em que compostos mica em que compostos inorgânicos se combinaram, originando molinorgânicos se combinaram, originando molééculas culas orgânicas simples (a.a., aorgânicas simples (a.a., açúçúcares, bases cares, bases nitrogenadas etc.);nitrogenadas etc.);

�� Estas, por sua vez, combinaramEstas, por sua vez, combinaram--se produzindo se produzindo molmolééculas mais complexas (proteculas mais complexas (proteíínas, lipnas, lipíídios, dios, áácidos nuclcidos nuclééicos etc.) com capacidade de icos etc.) com capacidade de autoduplicaautoduplicaçção e metabolismo.ão e metabolismo.

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

�� PanspermiaPanspermia ou ou cosmozcosmozóóicaica ::

�� A idA idééia surgiu no final do sia surgiu no final do sééculo XIX e inculo XIX e iníício cio do sdo sééculo XX por Arrhenius (1859culo XX por Arrhenius (1859--1927) 1927) ––entre outros;entre outros;

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

TEORIA DA PANSPERMIA

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

Já foi comprovada a existência de moléculas orgânicas no espaço.

"Panspermia", que 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


Em agosto de 1996 foi encontrado o meteorito marciano 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

problemas

Meteoritos queimam ao entrar na atmosfera

Como a vida se originou em outro local do universo?


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

RNA tem uma estrutura semelhante ao DNA, por isso também é capaz de guardar informação genética. Na verdade ele é quem "lê" a informação do 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 ao mesmo tempo guardar informação genética e sustentar o metabolismo de um ser vivo - tudo isso sem precisar do DNA e da polimerase. “

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

No inNo iníício era DNA ou RNA??cio era DNA ou RNA??

Em 1999, Stanley Miller (na Universidade da Califórnia em San Diego) realizou em um experimento semelhante ao de 1953 (mas com ingredientes diferentes) gerando uma molécula batizada de "PNA" (sigla de ácido nucléico peptídico, em inglês).

Outra molécula candidata a precursora do RNA também foi criada artificialmente na Califórnia, pelo Instituto Scripps. Ela se encaixa no RNA, mas é bem mais estável

EvoluEvoluçção dos processoão dos processoenergenergééticosticos

�� HipHipóótese heterotrtese heterotróófica: fica: a fonte de alimento a fonte de alimento desses seres seria constitudesses seres seria constituíída de molda de molééculas que se culas que se acumulavam nos mares e lagos primitivos.acumulavam nos mares e lagos primitivos.

�� HipHipóótese autotrtese autotróófica (fica (QuimiolitoautotrQuimiolitoautotróóficosficos): ): produziam seu alimento a partir da energia produziam seu alimento a partir da energia liberada por realiberada por reaçções quões quíímicas (ferro e micas (ferro e enxofre) da crosta terrestre.enxofre) da crosta terrestre.

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

HIPHIPÓÓTESE HETEROTRTESE HETEROTRÓÓFICAFICA

�� ““Sopas OrgânicasSopas Orgânicas””

-- ConstituiConstituiçção dos seresão dos seres

-- Alimento dos seresAlimento dos seres

�� FermentaFermentaççãoão

CC66HH1212OO66 2 C2 C22HH55OH + 2 COOH + 2 CO22 + ENERGIA+ ENERGIA

HIPHIPÓÓTESE HETEROTRTESE HETEROTRÓÓFICAFICA

�� Alimento escasso / linhagens evoluem Alimento escasso / linhagens evoluem para fotosspara fotossííntese.ntese.

�� ““não não possuiampossuiam sistemas evolusistemas evoluíídos para dos para processos fotossintprocessos fotossintééticosticos””

HIPHIPÓÓTESE AUTOTRTESE AUTOTRÓÓFICAFICA

�� ÉÉ a mais aceita atualmentea mais aceita atualmente

�� ““QUIMIOQUIMIOLITOLITOAUTOTRAUTOTRÓÓFICOSFICOS””

�� FeSFeS + H+ H22S FeSS FeS22 + H+ H22 + ENERGIA+ ENERGIA

�� ““ArqueasArqueas ““

�� FeSFeS e He H22S foram substituS foram substituíídos pela Hdos pela H22O / O / muito abundante na Terramuito abundante na Terra

HIPHIPÓÓTESE AUTOTRTESE AUTOTRÓÓFICAFICA

�� Não havia molNão havia molééculas orgânicas em culas orgânicas em quantidade suficiente para sustentar a quantidade suficiente para sustentar a multiplicamultiplicaçção dos 1ão dos 1ºº seres atseres atéé o o aparecimento da fotossaparecimento da fotossííntese.ntese.

ORIGEM DA FOTOSSORIGEM DA FOTOSSÍÍNTESENTESE

�� SulfobactSulfobactéériasrias

�� Trocaram HTrocaram H22S por HS por H22O (abundância)O (abundância)6 CO6 CO2 2 + 6+ 6 HH22O 1 CO 1 C66HH1212OO6 6 + 6 O+ 6 O2 2 + ENERGIA+ ENERGIA

�� ConseqConseqüüência : ência : OO22

�� Metais oxidados, mortes...Metais oxidados, mortes...

RESPIRARESPIRAÇÇÃO AERÃO AERÓÓBICABICA

�� Desenvolvimento de sistema Desenvolvimento de sistema antioxidantesantioxidantes

�� Uso do alto poder de oxidaUso do alto poder de oxidaçção do Oão do O22

1 C1 C66HH1212OO6 6 + 6 O+ 6 O2 2 6 CO6 CO2 2 + 6+ 6 HH22O O + ENERGIA+ ENERGIA

�� EquilEquilííbrio na Terra: brio na Terra: ““reagentes e produtosreagentes e produtos””

�� Aparecimento da camada de OAparecimento da camada de O33

HIPHIPÓÓTESE ENDOSSIMBITESE ENDOSSIMBIÓÓTICATICA

�� CCéélula eucarilula eucarióótica primitivatica primitiva

�� EnglobamentoEnglobamento de cde céélulas procarilulas procarióóticasticas

�� Simbiose vantajosa: abrigo e alimento / Simbiose vantajosa: abrigo e alimento / energiaenergia

�� RelaRelaçção bem sucedidaão bem sucedida

�� Aparecimento de organelas: Aparecimento de organelas: MITOCÔNDRIA E CLOROPLASTOMITOCÔNDRIA E CLOROPLASTO

HIPHIPÓÓTESE ENDOSSIMBITESE ENDOSSIMBIÓÓTICATICA

�� EVIDÊNCIAS;EVIDÊNCIAS;

�� autoduplicaautoduplicaççãoão

�� DNA DNA mitocôndrialmitocôndrial e e cloroplcloropláásticostico

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

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