(Power shrink) Origem da Vida

Origem da vida

Duas abordagens possíveis: 1a. Histórica  Debate Abiogênese X biogênese (Sec. XVII a Sec. XIX) 2a. Contemporânea  Discussão sobre a origem da vida ou “evolução” molecular da vida .

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

Defensores da abiogênese
Helmont
Needham
Aristóteles
William Harvey
Isaac Newton
René Descartes
Críticos da abiogênese
Redi
Joblot
Spallanzani
Louis Pasteur
Abiogênese X Biogênese

Jan Baptista van Helmont(1577-1644)
“ (...)coloca-se, num canto sossegado e pouco iluminado, camisas sujas. Sobre elas espalham-se grãos de trigo, e o resultado será que, em 21 dias, surgirão ratos.”

Francesco Redi(1626-1697)
Um dos primeiros a empregar o método experimental
Uma das principais evidências da abiogênese era o aparecimento “espontâneo” de “vermes” em carne podre
Hipótese de Redi: “Os seres vermiformes que surgem na carne em putrefação são larvas , um estágio do ciclo de vida das moscas. As larvas devem surgir de ovos colocados por moscas, e não por geração espontânea a partir da putrefação da carne”

Experimento de Redi

Meados do século XVII: descoberta dos micróbios(Antonie van Leeuwenhoek)
Reanimação da hipótese da geração espontânea
Os abiogenistas achavam que seres tão pequenos e simples como os micróbios não se reproduziam, surgindo por geração espontânea

Louis Joblot(1645-1723) defendeu a BIOGÊNESE
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

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.

Lazzaro Spallanzani(1729-1799)
Realizou experimentos semelhantes aos de Needham, mas obteve resultados diferentes
As infusões preparadas por Spallanzani, muito bem fervidas e cuidadosamente arrolhadas, continuaram livre de micróbios

Experimento de Spallanzani

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
Em fins do século XVIII: descoberta do gás oxigênio e seu papel essencial à vida
Novo ponto de apoio para os abiogenistas, que argumentavam que o aquecimento prolongado e a vedação hermética excluíam o oxigênio necessário à geração espontânea e à sobrevivência dos 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
Argumento de Pasteur: O ar das montanhas continha muito menos “sementes” de organismos microscópicos do que o ar da cidade, onde qualquer frasco aberto sempre se contaminava
Na presença de membros da academia, quebrou o gargalo de alguns frascos, expondo os caldos ao ar da cidade; 3 dias depois, todos os frascos haviam sido contaminados
Comissão julgadora solicitou mais provas

Origem da vida
Os frascos com pescoço de cisne: novo experimento
Pasteur amoleceu os gargalos no fogo, esticando-os e curvando-os em forma de pescoço de cisne; em seguida ferveu os caldos até que saísse vapor pela extremidade dos gargalos
À medida que esfriava, o ar penetrava pelo gargalo, mas as partículas do ar ficavam retidas nas paredes do gargalo em forma de pescoço; Nenhum frasco se contaminou
Derrubada definitiva da hipótese da geração espontânea

Exercício
Dentre os cientistas abaixo, aquele que foi defensor da biogênese:
A) Aristóteles
B) Helmont
C) Needham
D) Spallanzani
E) Albert Einstein

Exercício
1.Needham
2.Joblot
3. Louis Pasteur
4. Redi
I. Realizou experimentos com com caldos nutritivos e forte adepto da abiogênese
II. Realizou o célebre experimento com frascos de pescoço de cisne
III. Afirmou que os seres vermiformes que surgiam das carnes em putrefação eram larvas e não surgiam por geração espontânea
IV. Biogenista que realizou experimentos com caldos nutritivos

Teorias modernas sobre origem da vida
Teoria da panspermia cósmica (final sec. XIX)
A vida teria se originado a partir de seres vivos ou precursores destes a partir de outros locais do cosmo.
Defensores Lord kelvin (1824-1907); Arrhenius (1859-1927).
Atualmente esta teoria ganhou força novamente depois da descoberta de aminoácidos no espaço interestelar.

A Nova Panspermia

Fred Hoyle foi um dos maiores defensores da Panspermia. Juntamente com Chandra Wickramasinghe, formulou a "Nova Panspermia", teoria segundo a qual vida se encontra espalhada por todo o universo. "Esporos de vida" fazem parte das nuvens interestelares e chegam a planetas próximos às estrelas, abrigados no núcleo de cometas. Esses "esporos" já conteriam códigos que regeriam seus desenvolvimentos futuros.
Essa teoria ainda carece de uma demonstração definitiva.

Etapas teóricas da biogênese de acordo com Oparin e Haldane ( 1 ) a formação de uma atmosfera gasosa contendo as substâncias elementares para a formação da matéria orgânica; ( 2 ) a síntese dos monômeros biológicos, como os aminoácidos, os açúcares ou as bases nitrogenadas; ( 3 ) a polimerização destes monômeros e a formação das proteínas primitivas e das cadeias de ácidos nucléicos; ( 4 ) a individualização de microgotas com uma identidade física e rudimentares faculdades metabólicas; ( 5 ) o desenvolvimento de um mecanismo de reprodução que garantisse a transmissão aos descendentes das capacidades químicas e metabólicas das entidades parentais.

Experimento de Stanley Miller e Urey Idéia: similar as condições atmosféricas da terra primitiva Resultados: produção de uréia e aminoácidos Tenta comprovar a Etapa 2 da hipótese de Oparin/Haldane

Crítica ao experimento de Miller
Hoje sabemos que a composição da atmosfera primitiva era diferente da mistura de gases empregada no experimento de Miller.
Composição da atmosfera primitiva:
CO 2 80%;
CH 4 10%;
CO 5%
N 2 5%.

Síntese de monômeros
A formação de aminoácidos e nucleotídeos a partir de uma mistura de gases, redutora, com composição semelhante à da atmosfera primitiva, foi realizada experimentalmente, em 1952, por HAROLD UREY e STANLEY MILLER, recorrendo a descargas elétricas como fonte de energia.
Com esta espetacular experiência, Urey e Miller demonstraram ser possível a síntese de moléculas orgânicas por via não biótica e consolidaram a hipótese chave de Oparin e Haldane

Conclusões importantes
Outros pesquisadores realizaram experimentos semelhantes ao de Miller apresentando resultados semelhantes .
Estes resultados deram sustentação á hipótese de que moléculas pré-bióticas podem ter se formado no ambiente terrestre nos primórdios de sua existência.

3) a polimerização destes monômeros e a formação das proteínas primitivas e das cadeias de ácidos nucléicos;
Nesta etapa a hipóteses. que polímeros tenham se formado espontaneamente , de modo abiótico.
Condições físicas e químicas do planeta poderiam ter favorecido, inclusive choques de meteoros e cometas.
A existência de certas rochas como as argilas, teriam facilitado a estruturação desses monómeros em polímeros, funcionando como catalisadores inorgânicos.

3) a polimerização destes monômeros e a formação das proteínas primitivas e das cadeias de ácidos nucléicos;
Woese, Crick e Orgel (década de 1960)
Os primeiros genes teriam sido pequenas cadeias de RNA (antes do surgimento do DNA e das proteínas).
Quem catalisaria as reações? Ele próprio: ribozimas de Cech e Altman (Nobel de Química de 1989) atuam nos organismos “modernos”.

Etapa fundamental: isolamento do sistema de biomoléculas do mundo externo. Oparin imaginou a formação de COACERVATOS . Coacervatos  aglomerados de proteínas que se formam espontaneamente em soluções aquosas em determinadas condições de pH. As proteínas se aglomeram formando glóbulos microscópicos. Ao redor destes glóbulos forma-se uma película de água que passa a separar essas proteínas do mundo exterior. Coacervatos já foram formados experimentalmente dissolvendo-se material proveniente de meteoritos.

Coacervados

Microsferas
Sidney Fox 1957: aqueceu aminoácidos em uma superfície seca e em seguida, adicionou água levemente salgada.
Ao analisar a solução ao microscópio, observou pequenas esferas delimitadas por membranas constituídas por proteínas.
Estas microsferas podia partir-se em microsferas menores.

( 4 ) a individualização de microgotas com uma identidade física e rudimentares faculdades metabólicas;

O que falta para ser chamado de “ vivo ” ?
Capacidade de se auto-organizar e produzir seus próprios componentes
Capacidade de funcionar de acordo com instruções  moléculas que codificam informações.
Capacidade de crescer e se reproduzir .

Mundo de RNA Monômeros de RNA formam polímeros capazes de se autoduplicar. Alguns tipos de RNA chamados de RIBOZIMAS possuem esta capacidade ( premio Nobel de química 1989) O RNA pode ter sido o material genético primordial. O DNA teria vindo depois.

Deselvolvimento de um sistema genético  moléculas que carregam informações
Mundo de RNA (instável)
Mundo de DNA + proteínas (menos instável)
Seleção natural Ainda não demonstrado experimentalmente......

LUCA L ast U niversal C ommon A ncestor 1o. Ser vivo LUCA

Como vivia LUCA ?
Hipótese autotrófica
Primeiros organismos eram capazes de sintetizar biomoléculas a partir de moléculas inorgânicas + energia
Hipótese heterotrófica
Primeiros seres vivos absorviam moléculas orgânicas dispersas no meio.

Idéia dominante até alguns anos atrás.
Argumento favorável: 1os seres vivos não eram suficientemente complexos para serem autótrofos.
Mecanismo principal: fermentação
Molécula orgânica complexa
fermentação Molécula orgânica simples energia

Argumento desfavorável: com o tempo a fonte de alimentos tornou-se escassa

Hipótese autotrófica
É a mais aceita atualmente
Argumento favorável: não havia alimento suficiente no planeta para sustentar seres heterotróficos.
Primeiros organismos eram quimiosintetizantes
Molécula inorgânica Molécula Orgânica energia Reações químicas que ocorrem no ambiente

Quimiossíntese nas regiões abissais

Fotossíntese cianobactérias

Aparecimento da fotossíntese

Estromatólitos

Escala de tempo de 4.5 bilhões de anos

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by GiovaniBeijaFlor

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