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Erwin Schrödinger (1887 – 1961)
Erwin Schrödinger (1944): “...[vida é
aquilo que] resiste ao decaimento em
direção à desordem e o equilíbrio.”
Norman Horowitz (1959): “...caracteriza-
se por autorreplicação, mutabilidade e
troca de energia com o meio ambiente.”
Norman Horowitz (1915 – 2005)
Ernst Mayr (1982): “...não há uma
substância, um objeto ou uma força
especial que possa ser identificada à
vida.”
Ernst Mayr (1904 – 2005)
John Maynard (1986): “...entidades com
propriedades de multiplicação, variação
e hereditariedade são vivas.”
John Maynard Smith (1920 – 2004)
Jeffrey Wicken (1987): “...uma
hierarquia de unidades funcionais que,
através da evolução, têm adquirido a
habilidade de armazenar e processar a
informação necessária para sua própria
reprodução.”
Jeffrey Wicken (1942 – 2002)
Apesar da difícil classificação, a vida possui atributos em
comum. São propriedades compartilhadas pelo que Ernst
Mayr chama de “processo da vida”:
1. Composição química;
2. Organização;
3. Metabolismo;
4. Reação e movimento;
5. Crescimento e reprodução;
6. Hereditariedade;
7. Variabilidade genética;
8. Seleção natural;
9. Adaptação.
Chaminés hidrotermais abrigam fósseis dos
microrganismos mais antigos do planeta (cerca
de 4,2 bilhões de anos).
Fósforo
Phosphorus
Enxofre
Sulfur
Nitrogênio
Hidrogênio
1. Composição química
Carbono
Oxigênio
Composição química do universo:
~ 99 % hidrogênio
~ 1 % oxigênio + nitrogênio + carbono + fósforo
+ enxofre...
Composição química do ser humano:
~ 61 % hidrogênio
~ 23 % oxigênio
~ 11 % carbono
~ 2,4 % nitrogênio
~ 0,26 % fósforo + enxofre
~ 2 % outros elementos
2. Organização
2.1 Lilium bulbiferum ssp. 2.3 Saturnia pavonia
2.2 Malus domestica 2.4 Volvox 2.5 Rotavirus / Adenovirus / Norovirus / Astrovirus
A unidade fundamental da vida é a célula. Em geral,
classificamos os organismos como procariotos ou
eucariotos, onde procariotos são bactérias e arqueas,
e os eucariotos são protozoários, fungos, plantas e
animais. Bactérias, arqueas, protozoários, algumas
algas e fungos são unicelulares. Onde o vírus se
encontra nessa classificação?
3. Metabolismo
ANABOLISMO
Anabolismo é uma propriedade
do metabolismo, em seres vivos,
que garante a construção e
acúmulo de moléculas mais
complexas utilizados unidades
fundamentais. Por exemplo:
proteínas (PTN) são fabricadas
por reações anabólicas utilizando
aminoácidos (AA), ou seja, AA-
AA-AA-AA-AA-AA-AA-AA-AA-
AA-(...) = 1 PTN.
CATABOLISMO
Catabolismo é, também, uma
propriedade do metabolismo, seu
papel é desconstruir (“quebrar”)
ligações químicas para produzir
a energia utilizada em reações
anabólicas. Por exemplo: a
glicose é um açúcar consumido
por diversos organismos
fermentadores, que catabolizam
a molécula para produzir ácidos
ou álcool e energia química.
METABOLISMO significa “mudança”, “transformação”.
Ele é gerado por um balanço dinâmico entre reações
anabólicas e catabólicas na(s) célula(s) de um organismo
vivo.
Figura:
Grânulos de amido (formas
ovaladas) no interior de
células de uma batata
comum (Solanum tuberosum
L.). O amido é produzido por
meio de reações anabólicas, e
consumido em reações
catabólicas no organismo
vegetal.
4. Reação e movimento
“Vida é o que continua a se mover muito depois de quando deveria ter parado.”
Autor desconhecido
Todo organismo vivo possui alguma forma de REAGIR ao meio ambiente e
se MOVIMENTAR. Mesmo as espécies consideradas sésseis se movem muito
lentamente ou acabam se beneficiando do ambiente para se deslocar
(correntes, vento, transporte por outros organismos...).
5. Crescimento e reprodução Com exceção dos vírus, todos os organismos crescem por meio do acúmulo
de matéria orgânica gerada pelo metabolismo.
A reprodução dos seres vivos é, geralmente, dividida
entre duas modalidades:
• Reprodução assexuada (principal forma de
reprodução para bactérias, arqueas, algumas
plantas e fungos);
• Reprodução sexuada (realizada,
especialmente, por plantas e animais);
• Autofecundação (forma sexuada de
reprodução, indica união dos gametas
masculino e feminino de um próprio
indivíduo);
• Fecundação cruzada (forma sexuada de
reprodução, ocorre pela união dos
gametas de dois indivíduos parenteais).
JOVEM ADULTO
6. Hereditariedade
Figura:
Exemplos de hereditariedade no caso de uma
doença (hemofilia), mostrando famílias não
afetadas, afetadas por mutação e afetadas
por diversas combinações do genótipo
parental.
A hereditariedade é a capacidade de transmitir, para gerações
seguintes, as características (fenótipo) geradas pelo DNA (genótipo) do
indivíduo.
Na reprodução sexuada por fecundação cruzada, essa transmissão é
parcial, pois há combinação dos gametas de dois indivíduos distintos.
Gregor Michael Mendel desvendou parte
do mistério sobre os mecanismos da
hereditariedade. Seus trabalhos revelam
que existe uma relação de dominância na
passagem de informações hereditárias, e
que informações diferentes são segregadas
entre si.
7, 8 e 9. Variabilidade genética, seleção natural e adaptação
Charles Darwin
Alfred Wallace
Alguns ratos
são mais
predados
pelas aves
Ratos
reproduzem e
uma nova
geração surge
Durante a transmissão de caracteres hereditários, ou seja, HEREDITARIEDADE, ocorrem
pequenas variações no DNA do novo indivíduo. Essa VARIABILIDADE pode surgir com
combinação dos gametas (fecundação cruzada) e/ou por mutação gênica.
Um grupo de indivíduos sempre apresentará pequenas variações de fenótipo, tornando
alguns mais ADAPTADOS para sobreviver e reproduzir naquele ambiente.
Ao longo de muitas gerações, o indivíduo que sobrevive (melhor) é mais bem sucedido em
transmitir suas características para a próxima geração. Isso é SELEÇÃO NATURAL.
Caranguejos
Heike
O Japão do século XII era governado por um clã de guerreiros chamados Heike. Seu
imperador, por linha de sucessão, era um jovem de sete anos, chamado Antoku.
Seleção artificial
Em certo momento, os Heike foram invadidos por um exército rival, os Genji. A invasão
resultou em um conflito decisivo sobre as águas de Dan-no-Ura, mar do Japão.
Percebendo a derrota iminente, a guardiã e avó de Antoku, Lady Nii, o levou para um barco
e atirou-se no mar junto ao pequeno imperador.
Os poucos sobreviventes Heike, então, passaram a homenagear a memória do imperador
retornando ao mar os caranguejos cuja carapaça era semelhante à mascara cerimonial de
um guerreiro samurai.
Cerca de 900 anos depois, a tradição de preservar a vida dos caranguejos Heike (“carapaça-
de-samurai”) causou um fenômeno de SELEÇÃO ARTIFICAL, onde a população desses
indivíduos foi muito mais bem-sucedida que os caranguejos comuns.
Níveis de organização biológicaOs níveis de organização biológica são uma
disposição de fatores bióticos e abióticos envolvidos
com a sustentação da vida.
Hoje sabemos que o modelo padrão da física propõe
a existência de muitos outros elementos subatômicos
(quarks, glúons, léptons...).
Geralmente, consideramos a organização dos níveis
biológicos uma lista de aumento na complexidade
das estruturas que compõe ou contém a vida.
As disciplinas de astroquímica e astrobiologia se
preocupam com questões acerca da possibilidade de
vida “não-biosférica” (extraterrestre).
Origem da vida
Teoria da geração espontâneaA teoria da geração espontânea (ou teoria abiogênica) propunha que organismos vivos
podiam surgir (geração) de matéria não-viva (lama, pedras e outros materiais).
Aristóteles, Descartes e Isaac Newton foram apoiadores da teoria da geração espontânea.
Os primeiros experimentos para desafiar essa teoria foram propostos por Francesco Redi
(1626-1697). Veja uma ilustração de seu método experimental:
Insetos
e larvas
Insetos
e larvas
Pote aberto Pote selado Pote fechado com tela
Origem da vida
Teoria da geração espontânea
Apesar das diversas tentativas de refutar a geração
espontânea, seus proponentes acabavam por criar
novas hipóteses e proposições que sustentavam a
validade da teoria.
A descoberta da vida microscópica, com o auxílio da
descoberta de Leeuwenhoek, fez que que os
proponentes da geração espontânea apoiassem a
ideia de que apenas microrganismos fossem gerados
dessa maneira.
A demonstração mais convincente da inexistência de
geração espontânea vem de Louis Pasteur. Seu
experimento consistiu em colocar caldo nutritivo
(estéril) em um frasco com gargalo em “pescoço de
cisne”, que era capaz de filtrar microrganismos e
partículas do ambiente.
Ao demonstrar que nada crescia no caldo, mesmo
que o contato com o ar ambiente não fosse
interrompido, Pasteur finalmente refutou a teoria,
abrindo caminho para novas hipóteses sobre a
origem da vida.
Figura:
Frasco em “pescoço de cisne”. Note
como a curvatura do gargalo permite a
entrada de ar, mas bloqueia a
passagem de sólidos dispersos no ar
(mesmo microrganismos).
Origem
da vida
Teoria da
grande
expansão (ou
“big bang”)
Se imaginarmos os 13,8 bilhões de anos do universo como um calendário
anual (12 meses), nos levaria até agosto para que o sistema solar fosse
formado (~10,5 bilhões de anos).
Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro
A vida (unicelular) só vem a surgir
por volta de setembro/outubro.
Multicelulares, só em dezembro.
O mês de dezembro reflete a evolução dos anfíbios, répteis, a formação da Pangeia, surgimento de dinossauros,
plantas terrestres, mamíferos, pássaros, insetos, flores e eventos de extinção em massa. Somente ao final do
último dia, 31 de dezembro, a evolução dos primatas permite o surgimento dos primeiros hominídeos.
Nossa espécie, Homo sapiens, surge apenas no último minuto do calendário cósmico. Todas as civilizações,
culturas, guerras, tecnologias, livros, filmes, cidades, estados e países foram criados por seres humanos em uma
fração de 1/525600 do tempo total de existência do universo.
Compostos inorgânicos
Síntese abiótica de
monômeros orgânicos
Síntese abiótica de
polímeros orgânicos
Formação das
pré-células
Moléculas
autorreplicantes
Monômeros orgânicos
Polímeros orgânicos
Proteção por membranas
Origem da vida
Evolução molecular
A matéria inorgânica acumulada no planeta terra primitivo permitiu um conjunto
de reações que deu origem a uma certa variedade de moléculas orgânicas (carbono
+ hidrogênio), possivelmente contento nitrogênio e fósforo.
Moléculas orgânicas também passam a reagir, garantindo a formação dos primeiros
polímeros. Eventualmente, essas moléculas mais complexas (polímeros) assumem a
capacidade de autorreplicação.
Moléculas autorreplicantes, possivelmente similares ao RNA moderno, são
eventualmente incorporadas por vesículas de bicamada lipídica, as membranas
plasmáticas primitivas.
Essa mudança permitiu a produção, consumo e o armazenamento de energia para
garantir a replicação da informação contida nas moléculas autorreplicantes.
Duas hipóteses explicam a primeira estratégia para obtenção de energia do
ambiente: (1) hipótese heterotrófica, onde a fermentação (catabolismo) de açúcares
permitia a produção de energia química; (2) hipótese autotrófica, onde reações de
oxidação-redução com moléculas inorgânicas permitia a produção de energia
química.
Origem da vida
Evolução molecular
Figura:
Tolypothrix é um gênero de
cianobactérias, ou seja, bactéria
fotossintetizante. Essa forma de
vida é uma das mais antigas do
planeta, com fósseis de ~3,5
bilhões de anos.
Eventualmente, células adquiriram (por meio de seleção natural), a capacidade de
realizar fotossíntese. Esse processo garantiu a produção de moléculas orgânicas no
interior da célula, que agora poderia consumir (catabolizar) substâncias e produzir
energia química de maneira autônoma e eficiente.
Durante o processo evolutivo, dois eventos garantiram a formação de mais uma estratégia
para a obtenção de energia. Primeiro, o surgimento dos eucariotos; depois, a relação
endossimbiótica com proteobactérias alfa. Esses eventos permitiram o surgimento da
respiração celular acoplada aos mecanismos fermentativos.
Juntos, a fotossíntese e a respiração começam a moldar a maneira como os primeiros
organismos obtém energia. Esses processos se tornam tão intensos que passam a moldar a
composição da atmosfera terrestre.
Fotossintetizantes produzem açúcares e O2, elementos necessários no processo de
respiração, que por sua vez produz CO2 e H2O, necessários para a fotossíntese. Esse
mecanismo é conhecido com o ciclo da matéria orgânica. Veja a figura ao lado:
FOTOSSÍNTESE
RESPIRAÇÃO
CO2
H2O
O2
CHO
Evolução e diversificação da vida
Bactérias fotossintetizantes/clorofiladas
(Cloroplastos)
Proteobactérias alfa
(Mitocôndrias)
Em algum momento do processo evolutivo, surgem
organismos com estruturas membranosas no interior de suas
células. Essas estruturas passam a assumir funções e
auxiliam a sobrevivência no ambiente hostil do planeta
primitivo.
O primeiro ancestral comum dos eucariotos, em algum
momento do processo evolutivo, acaba por fagocitar
(internalizar) algum ancestral das proteobactérias alfa. Essa
relação se torna simbiótica e permite, em milhões de anos, o
surgimento de uma nova organela, a mitocôndria.
Após a diversificação do último ancestral comum dos
eucariotos, um novo evento de endossimbiose ocorre, agora
unindo os eucariotos a bactérias clorofiladas, o que permitiu
a formação dos plastos (cloroplastos) modernos.
Apenas algas e plantas modernas possuem mitocôndrias;
fungos, protozoários e animais utilizam suas mitocôndrias
para produzir energia via respiração celular.
“Carl Woese propôs a criação de um novo nível hierárquico, o Domínio, que
divide a diversidade da vida em três grupos: Eukarya (eucariontes), Archea
(arqueas) e Bacteria (bactérias). Nesse novo sistema, o Domínio Eukarya
possui quatro dos antigos reinos (Protista, Fungi, Animalia e Plantae).”
Russo, 2008
Evolução e diversificação da vida