Ciência | A origem da Vida

outubro 24, 2019

Talvez, em algum momento da vida, você já tenha se perguntado o seguinte: De onde viemos? Qual foi a primeira forma de vida do planeta? A resposta para a primeira pergunta pode ser simples para alguns e complexa para outros. Algumas pessoas podem responder dizendo que viemos dos nossos pais, que vieram dos nossos avós e assim por diante. Contudo, essa resposta nos leva à segundo pergunta. Quem foi o primeiro?

Os cientistas ainda é responderam essa questão, apesar das várias informações obtidas por meio dos seus experimentações. Entretanto, várias teorias e hipóteses foram levantadas sobre o esse tema e, algumas delas, possuem fatos importantes que reforçam a possibilidade da sua ocorrência e, por isso, não podem ser simplesmente ignoradas.

Muitas pessoas confundem a origem da vida com a origem do universo. A segunda, como o próprio nome diz, objetiva explicar o surgimento do cosmo, das galáxias e, consequentemente, dos planetas. É óbvio que a vida não poderia ter surgido antes do próprio universo, mas precisamos entender que uma coisa não explica a outra.


Figura 1 - A origem do universo.

Diversas teorias buscam explicar a origem o universo. Talvez a mais conhecida e antiga delas seja a o Big-Bang. Um momento de explosão entre 15 e 20 bilhões de anos atrás, culminando com a formação da matéria que se espalhou para formar as galáxias e os seus planetas. E onde está a vida em tudo isso?

Sem os planetas, não haveria vida. A matéria dos nossos corpos é a mesma que está presente em todas as partes do universo, ou seja, somos todos formados pelos mesmos elementos. Elementos que se combinam para formar substâncias e moléculas. Essas moléculas se combinam, umas com as outras, para formar outras ainda maiores e, desta forma, estruturar toda a vida existente.

Vimos no capítulo anterior que essa interação entre as moléculas possibilita o surgimento do metabolismo, característica essencial à vida. Se compreendermos como essas interações regem todo o processo natural, estaremos um passo mais próximos de entender a origem da vida.


Abiogênese e Biogênese

Durante os séculos XVII e XVIII, uma teoria foi amplamente difundida na sociedade, a de que os seres poderiam surgir da matéria bruta, inanimada ou inorgânica. Essa teoria ficou conhecida como abiogênese ou geração espontânea. Acreditava-se, por exemplo, que anfíbios e répteis poderiam surgir da lama, sem a necessidade de reprodução entre os indivíduos. Algumas pessoas acreditavam, ainda, que novos seres poderiam se formar por transformação a partir de outros.

Personalidades científicas como Aristóteles, René Descartes e Isaac Newton acreditavam na abiogênese como forma de explicar o surgimento dos seres. Um cientista em particular, destacou-se entre os demais. Jan Baptista van Helmont, médico que desenvolveu um método para produzir ratos por meio de geração espontânea. Em seus experimentos, camisas sujas eram colocadas em jarros com trigo e, após 21 dias, formavam-se os ratos. Ele obviamente estava errado, mas como temos certeza disso?

Figura 2 - Jan Baptista van Helmont (1577-1644).

No meio científico, há apenas uma forma de se comprovar ou negar algo, é por meio da realização de experimentos. Pensando nisso, diversos cientistas desenvolveram seus experimentos, alguns visando comprovar a abiogênese, outros tentando negá-la. É neste momento que surge toda a beleza do método científico, pois sua parametrização permite que qualquer pessoa repita os testes para saber se de fato os resultados estão corretos ou não.

Alguns cientistas combateram fortemente a teoria da abiogênese, um dele era Francesco Redi, médico italiano que desenvolveu um experimento simples para explicar o surgimento de larvas na carne morta, pois acreditava-se que isso ocorria por abiogênese.

Em seus experimentos, Redi colocou restos de carne para apodrecer dentro de jarros de vidro, alguns deles estavam abertos e outros estavam fechados com gaze ou cortiça. Os dois métodos utilizados para tampar os jarros tinham um propósito. Respeitar um princípio da abiogênese, a presença da força vital. Uma força invisível e imaterial presente no ar que era essencial para iniciar a vida na matéria bruta ou morta.


Figura 3 - Experimento de Redi.

A força vital nunca foi comprovada, mas Redi respeitou esse princípio com forma de evitar qualquer falácia argumentativa por parte dos defensores da abiogênese. 

Dando continuidade aos experimentos, Redi acreditava que as larvas na carne surgiam de ovos depositados por moscas. Sendo assim, ao impedir que as moscas entrem em contato direto com a carne, não haverá deposição de ovos e, portanto, não haverá formação de larvas. Ele estava certo! E, como consequência, a abiogênese sofreu um forte golpe, perdendo credibilidade. Contudo, a descoberta de microrganismos por Antonie van Leeuwenhoek, serviu de base para a reestruturação da abiogênese na sociedade.


Figura 4 - Antonie van Leeuwenhoek (1632-1723).

Leeuwenhoek desenvolveu um dos primeiros microscópios, sendo capaz de observar pela primeira vez, os micróbios. Os defensores da abiogênese aproveitaram oportunidade para reerguer a teoria, dizendo que a mesma não explicava o surgimento dos seres macroscópicos, mas sim os microscópicos. Como consequência, um novos embate entre biogênese e abiogênese se iniciava, utilizando-se agora dos microrganismos.

Para os defensores da biogênese, todo ser vivo surgia a partir de outro ser vivo pré-existente, não importava se ele era macroscópico ou microscópico. Com essa ideia em mente, um cientista chamado de Louis Joblot desenvolveu um experimento com base em caldos nutritivos fervidos.

Figura 5 - Louis Joblot (1645-1723).

Nesse experimento, caldos nutritivos à base de carne eram fervidos para matar os micróbios possivelmente presentes. Alguns frascos com caldo permaneceram abertos, enquanto outros permaneceram fechados com pele animal. Após alguns dias, o caldo dos frascos abertos estavam repletos de micróbios, enquanto o caldo dos frascos fechados permaneceu estéril. Joblot acreditava que no ar havia “sementes” formadoras de microrganismos e, portanto, eles não se formavam espontaneamente.

Tudo parecia ter sido resolvido, mas não foi bem assim! Um cientista chamado John Needham realizou um experimento semelhante, ele ferveu um caldo por 30 minutos e o armazenou em recipientes tampados com cortiça. Após alguns dias, os caldos estavam repletos de micróbios.


Figura 6 - John Needham (1713-1781).

Sendo Needham, o processo de fervura eliminou os micróbios e, como eles reapareceram no caldo, só poderia ter ocorrido o processo de abiogênese.Contudo, outro cientista italiano, Lazzaro Spallanzani, refez os experimentos de Needham, acrescentando ao mesmo frascos com gargalos hermeticamente fechados pelo fogo que foram submetidos à um longo período de fervura. Nesses experimentos, os frascos com cortiça voltaram a apresentar micróbios, mas os hermeticamente fechados, não. Como resultado, Needham se pronunciou, dizendo que os frascos herméticos perderam a “força vital” devido a fervura prolongada e, por isso, não tinham potencialidade para a formação de novos micróbios. Disse, ainda, que a força vital não foi restituída graças à impossibilidade de se receber ar fresco.


Figura 7 - Lazzaro Spallanzani (1729-1799).

A academia francesa de ciências estava cansada dessa situação e, como consequência, ofereceu um prêmio em dinheiro para aquele que comprovasse experimentalmente o surgimento dos micróbios. Eis que surge Louis Pasteur.


Figura 8 - Louis Pasteur (1822-1895).

Em seus experimentos, Pasteur utilizou frascos que possuíam gargalos encurvados, as garrafas pescoço-de-cisne. Em seguida, os caldos nutritivos foram submetidos à fervura para garantir a esterilidade e os gargalos permaneceram abertos. Após alguns dias, verificou-se que os caldos continuam estéreis.

Isso foi possível graças às curvas presentes no pescoço da garrafa que atuavam como um filtro, ou seja, elas possibilitavam a passagem de ar, mas impediam a entrada dos micróbios. Desta forma, Pasteur ficou conhecido internacionalmente como cientista que derrubou a abiogênese, além de ter sido fundamental para o desenvolvimento do processo de pasteurização tão conhecido e utilizado atualmente. Pasteurs contribuiu, ainda, para o desenvolvimento de vacinas e para o combate às infecções hospitalares.


Figura 9 - Experimentos de Louis Pasteur.



Hipóteses para a origem da vida

Apesar dos séculos de discussões e experimentos entre biogênese e abiogênese, nenhuma delas elucidou de fato a origem da primeira forma de vida. Essas teorias, assim chamadas, aprofundaram-se em discussões meramente reprodutivas, esquecendo-se da maior pergunta ainda não respondida, qual foi a primeira forma de vida?

Com base nessa pergunta, algumas teorias foram desenvolvidas com base em fatos e hipóteses. A primeira delas é a panspermia cósmica, baseada na ideia de que as primeiras formas de vida, ou a matéria prima necessária para isso, vieram do cosmo, trazidas por meteoros. Essa teoria ganhou força com a descoberta recente de moléculas orgânicas em cometas.

Outra teoria é a da evolução química ou molecular. Essa teoria se baseia no fato de que a Terra primitiva possuía as condições adequadas para a formação de moléculas orgânicas no planeta. Esse processo se iniciou graças a presença de moléculas inorgânicas e da energia disponíveis no meio.


Figura 10 - Da esquerda para a direita temos: Oparin e Haldane.

Durante a Terra primitiva, os compostos inorgânicos como descargas elétricas, gases, minerais e aǵua serviram como matéria prima para a formação de moléculas orgânicas, que passaram a interagir entre si, criando assim, um metabolismo. Os diferentes tipos de moléculas e as suas interações evoluíram de tal maneira que deram origem a primeira unidade funcional, os coacervados. Essas estruturas nada mais são do que agrupamentos de moléculas orgânicas envoltas por uma película de água que seriam capazes de manter uma unidade estrutural replicativa e com metabolismo próprio. A primeira célula? A primeira forma de vida? Talvez sim, talvez não. Não sabemos!

Os vestígios das primeiras células bacterianas foram encontrados em rochas que datam de 2,7 bilhões de anos atrás. Essas bactérias eram, provavelmente, os ancestrais das cianobactérias e, por isso, estima-se que a vida na Terra tenha surgido bem antes, há aproximadamente 3,5 bilhões de anos.

Talvez você esteja se questionando sobre a possibilidade disso ter ocorrido. Como seria possível que essas condições inorgânicas pudessem formar a vida? Pensando nisso, um cientista americano chamado de Stanley Lloyd Miller desenvolveu um experimento que reproduzisse as condições das Terra primitiva para, assim, poder avaliar a possibilidade do surgimento da vida.


Figura 11 - Experimento de Miller.

O dispositivo consistia, basicamente, em um sistema de tubos hermeticamente fechado, contendo em seu interior gases como amônia e metano, representando as condições da atmosfera primitiva, água e minerais, para representar os mares e oceanos primitivos, uma fonte de calor e uma outra de descargas elétricas. Lembre-se que o aparelho objetivava reproduzir as condições da Terra primitiva e, consequentemente, essas condições eram bem comuns em um planeta recém formado.

Miller, então, ligou o dispositivo e, após alguns dias, observou a formação de compostos no interior do aparelho. Quando os analisou, percebeu tratar-se de compostos orgânicos, principalmente aminoácidos, ácidos graxos simples e ureia. O experimento de Miller comprovou a possibilidade da formação de compostos orgânicos a partir de matéria inorgânica, mas não comprovou a origem da vida.

Talvez você se pergunte o seguinte: Mas como ele poderia saber qual era a composição da atmosfera primitiva? Como ele saberia quais gases por no dispositivo? Pensando nessas questões, o experimento de Miller foi repetido milhares de vezes, por diferentes pesquisadores, utilizando diversas combinações de gases e condições de temperatura e descargas elétricas. Em todos os casos, sempre houve formação de moléculas orgânicas.


Figura 12 - Interações moleculares simples para formação de moléculas complexas.

As condições abordadas nos experimentos de Miller são aplicáveis apenas para ambientes com atmosferas fortemente redutoras o que, pelas pesquisas mais atuais, se mostram improváveis em nossa Terra primitiva, que apresentava condições atmosféricas neutras, com a presença de gases como CO2, CH4 e N2.

As condições neutras da Terra primitiva reforçam a possibilidade da ocorrência da panspermia cósmica, ou seja, a de que a matéria prima formadora da vida foi trazida ao planeta por meteoros. Lembre-se, ainda que não basta formar a primeira célula, ela deve possuir capacidade replicativa e hereditariedade, possibilitando assim, a perpetuação da vida.

No que diz respeito a essa capacidade replicativa e de hereditariedade, acredita-se que a primeira molécula formada tenha sido o RNA, não do DNA, como conhecemos hoje. Os cientistas observaram que alguns vírus possuem moléculas de RNA como base para o seu código genético.

Talvez as primeiras formas de vida tenham utilizado moléculas similares e que possuíam capacidade autoreplicativa, as ribozimas. Moléculas de RNA capazes de se multiplicar e de controlar as funções celulares. Os cientistas já demonstraram a formação e possibilidade de utilização das ribozimas no controle da síntese de proteínas, mas não demonstraram, ainda, a passagem de um sistema de vida baseado em RNA para outro baseado em DNA, como ocorre com seres atuais.


Nutrição das primeiras formas de vida

As primeiras formas de vida não poderiam existir sem um metabolismo energético, ou seja, sem a presença de reações químicas que convertessem o alimento em energia. Como esses seres se alimentavam? Que tipo de reações ocorriam? Pensando nessas questões, duas hipóteses foram elaboradas com base nos organismos de hoje em dia. A primeira delas é a hipótese autotrófica, na qual os primeiros organismos vivos possuíam a capacidade de produzir o próprio alimento. A segunda é a hipótese heterotrófica, ou seja, os primeiros seres se alimentavam de moléculas encontradas ao seu redor.

Seres autotróficos são aqueles capazes de produzir o próprio alimento a partir da energia e das substâncias inorgânicas disponíveis em seu meio. Já os heterotróficos, necessitam de moléculas orgânicas disponíveis no meio para sobreviver. A hipótese autotrófica possui maior aceitação entre os cientistas atualmente, pois as condições de neutralidade da Terra primitiva dificultariam a produção de moléculas orgânicas no ambiente e, por isso, haveria escassez de alimento para sustentar a existência de seres heterotróficos naquele período. Entretanto, vamos abordar um pouco mais essas duas hipóteses.

Na hipótese autotrófica, os primeiros seres vivos eram quimiolitoautotróficos, ou seja, realizavam reações químicas com base em substâncias inorgânicas que liberava a energia necessária à sua sobrevivência. Essa hipótese possui fatos que a fortalecem. Microrganismos conhecidos como arqueas foram encontrados em ambientes supostamente inóspitos como fontes termais de altas temperaturas e vulcões submarinos, onde há produção de gás sulfídrico (H2S). Esses organismos realizam reaçẽs entre o sulfeto de ferro (FeS) e o gás sulfídrico, o que produz o dissulfeto de ferro (FeS2), o gás hidrogênio (H2) e ocasiona na liberação de energia.


FeS + H2S → FeS2 + H2 + Energia.


Quimiossíntese de Arqueas

Na hipótese heterotrófica, os primeiros seres vivos eram fermentadores. Argumenta-se que a simplicidade desses seres impossibilitava que os mesmos já surgissem com a capacidade de realizar quimiossíntese e, por isso, devia se alimentar das mesmas moléculas orgânicas que os formavam. Na fermentação, moléculas orgânicas grandes são quebradas em moléculas menores, fornecendo energia. Um exemplo desse processo bastante simples é a fermentação alcoólica, processo no qual a glicose é quebrada em etanol, gás carbônico e causa a liberação de energia.


1C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Energia


Fermentação Alcoólica

Alguns cientistas acreditam que os seres quimiossintetizantes tenham evoluído e formado os seres fermentadores. Outros acreditam em algo diferente, uma situação em que os seres fermentadores evoluíram e deram origem aos seres autotróficos fotossintetizantes. Essa última ideia é reforçada pelo fato de que para a fotossíntese surgir, era necessária uma grande quantidade de gás carbônico e água ou o sulfeto de hidrogênio, além é claro, a presença da energia luminosa.


6CO2 + 12H2S + Energia luminosa → C6H12O6 + 6S2 + 6H2O



Quimiossíntese de sulfobactérias

Acredita-se que as primeiras formas de vida fotossintetizantes utilizavam sulfeto de hidrogênio (H2S) ao invés de água (H2O) para realizar as suas reações e, por isso, são conhecidas como sulfobactérias. Como o passar do tempo, por volta de 3 bilhões de anos atrás, teriam surgido as primeiras bactérias que utilizam a água no seu processo fotossintético, o que culminou com a liberação de grandes quantidades de oxigênio para a atmosfera.


6CO2 + 12H2O + Energia luminosa → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O


Equação Geral da Fotossíntese

Os estudos científicos demonstram que apenas a partir de 2,5 bilhões de anos se observa o registro de grandes concentrações de oxigênio, ou seja, antes desse período, não existia formas de vida aeróbia no planeta. Em outras palavras, os fermentadores produziram grandes quantidades de CO2 que possibilitou o surgimento dos fotossintetizantes que, por sua vez, produziram grandes quantidades de O2 que possibilitou o surgimento dos organismos aeróbios.

A respiração aeróbia é conhecida pela sua grande capacidade de produção de energia a partir de compostos orgânicos e, quando comparada à fotossíntese, é basicamente uma reação inversa, ou seja, os produtos de uma são reagentes da outra, formando assim, um equilíbrio dinâmico entre as que perdura até hoje.


C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energia



Equação Geral da Respiração Aeróbia


Pelo que estudamos até o momento, as primeiras células formadas eram muito simples. Elas evoluíram ao longo do tempo, dando origem aos tipos celulares que conhecemos hoje. Como isso aconteceu e quais são as células mais antigas?

Lembre-se que a interação entre as moléculas possibilitou uma estruturação celular e que a primeira célula formada era extremamente primitiva, sendo muito mais simples do que as mais simples células de hoje, as bactérias.

As bactérias atuais são seres procariontes muito antigos, descendentes dos primeiros procariontes formados. Esses ancestrais procariontes deram origem aos seus descendentes atuais, além de participarem diretamente da formação das células eucariontes.


Figura 13 - Origem das células eucarióticas, mitocôndrias e cloroplastos.

Ao longo do tempo, os seres procariontes primitivos sofreram invaginações na membrana plasmática que possibilitaram a formação de um sistema de membranas no interior da célula. Essas membranas formam o que hoje denominamos de carioteca e retículo endoplasmático. A carioteca, também conhecida como membrana nuclear, delimita a região do material genético, formando assim, um núcleo organizado. Neste momento, surgem as primeiras células eucariontes.

Ao contrário do que muitos pensam, a formação de eucariontes não eliminou da existência os seres procariontes, ou seja, o surgimento de um não foi o fim do outro. Os dois tipos celulares passam a coexistir. Contudo, as células eucariontes primitivas deram um passo a mais durante o seu processo evolutivo, aumentando de volume e englobando células procariontes primitivas com capacidade de realizar fotossíntese e/ou respiração celular.

As bactérias primitivas englobadas desenvolveram um processo simbiótico com as células eucariontes primitivas e, ao longo do tempo, tornaram-se parte integrante das mesmas. As bactérias primitivas capazes de realizar fotossíntese passam a ser os cloroplastos, enquanto aquelas capazes de realizar respiração celular, passam a ser as mitocôndrias.

Essa explicação para o surgimento das mitocôndrias e cloroplastos é conhecida como Teoria Endossimbiótica. Essa teoria foi proposta por Lynn Margulis em 1981 com base em fatos irrefutáveis. As organelas citadas possuem DNA e ribossomos próprios que são distintos do DNA e dos ribossomos da célula eucarionte onde estão presentes, sendo idênticos aos que estão presentes nas bactérias.

As células eucarióticas primitivas que englobaram as duas estruturas deram origem, por exemplo, às algas e aos vegetais atuais, enquanto as que englobaram apenas as estruturas capazes de realizar respiração celular deram origem aos protozoários, fungos e animais.

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