Evolução Gradual dos Sistemas Químicos

Trabalhando independentemente, o cientista russo Aleksandr Ivanovich Oparin e o cientista inglês John Burdon Sanderson Haldane propuseram, na década de 1920, hipóteses semelhantes sobre como a vida teria se originado na Terra. Apesar de existirem pequenas diferenças entre as hipóteses desses cientistas, basicamente eles propuseram que os primeiros seres vivos surgiram a partir de moléculas orgânicas que teriam se formado na atmosfera primitiva e depois nos oceanos, a partir de substâncias inorgânicas.
Oparin & Haldane tomaram como ponto de partida nos seus estudos a teoria proposta por Georges Lemaître, a teoria do Big-Bang. Segundo essa hipótese a origem do Universo possivelmente é resultado de uma grande explosão (daí o termo “Big-Bang”) que ocorreu a aproximadamente 13,7 bilhões de anos. A partir da explosão, muita matéria e energia foram lançadas no espaço. Ao longo do tempo os fragmentos foram perdendo energia e dessas formas, os pedaços maiores começaram atrair, pela força da gravidade, os menores dando origem às galáxias e o sistema solar tal qual conhecemos. Estima-se que o Sol tenha surgido a cerca de 5 bilhões de anos e a Terra pouco mais de 4,5 bilhões, contudo, na sua origem a Terra era totalmente incandescente, sendo que seu resfriamento ocorreu por volta de 3,5 bilhões de anos atrás.

Segundo Oparin & Haldane, a composição da atmosfera primitiva era diferente da atual, não havia nela oxigênio (O₂) ou nitrogênio (N₂), existia amônia (NH₃), metano (CH₄), vapor de água (H₂O) e hidrogênio (H₂₎. O vapor de água se condensou à medida que a temperatura da crosta diminuiu e assim caíram chuvas sobre as rochas quentes, o que provou nova evaporação, nova condensação e assim por diante. Portanto, um ativo ciclo de chuvas. Radiações ultravioletas e descargas elétricas das tempestades agiram sobre as moléculas da atmosfera primitiva e algumas ligações químicas foram desfeitas, enquanto outras surgiram. Apareceram assim novos compostos na atmosfera, alguns dos quais orgânicos, como os aminoácidos, por exemplo. Os aminoácidos e outros compostos foram arrastados pela água até a crosta ainda quente. Quando a temperatura das rochas tornou-se inferior a 100 ºC, já foi possível a existência de água líquida na superfície do globo, assim os primeiros mares estavam se formando.
Na água, as probabilidades de encontro e choques entre moléculas aumentaram muito e formaram-se agregados moleculares maiores, os coacervados.

Os coacervados ainda não são seres vivos, no entanto, acreditasse que eles continuaram se chocando e reagindo durante um tempo extremamente longo e acredita-se que algum coacervado pôde casualmente atingir a complexidade necessária. Daí em diante, tal coacervado teve a propriedade de duplicar-se, podendo-se admitir que surgiu a vida, mesmo que sob uma forma extremamente primitiva.

Esquema ilustrativo da Hipótese de Oparin e Haldane.

Oparin e Haldane não tiveram condições de provar suas hipóteses. Mas, em 1953, Stanley Miller, na Universidade de Chicago, conseguiu esse feito. Miller construiu um aparelho, que era um sistema fechado, no qual fez circular durante sete dias uma mistura de gases: metano, hidrogênio, amônia e vapor de água. Um reservatório de água aquecido à temperatura de ebulição permitia a formação de mais vapor de água, que circulava arrastando os outros gases.

Em certo lugar do aparelho, a mistura era submetida a descargas elétricas constantes, simulando os “raios” das tempestades que se acredita terem existido na época. Um pouco adiante, a mistura era esfriada e, ocorrendo condensação, tornava-se novamente líquida. Ao fim da semana, a água do reservatório, analisada pelo método da cromatografia, mostrou a presença de muitas moléculas orgânicas, entre as quais alguns aminoácidos.

Miller, com esta experiência, não provava que aminoácidos realmente se formaram na atmosfera primitiva; apenas demonstrava que, caso as condições de Oparin tivessem se verificado, a síntese de aminoácidos teria sido perfeitamente possível.
Pouco tempo depois, em 1957, Sidney Fox submeteu uma mistura de aminoácidos secos a aquecimento prolongado e demonstrou que eles reagiam entre si, formando cadeias peptídicas, com o aparecimento de moléculas proteicas pequenas. Assim, as experiências de Miller e Fox comprovaram a veracidade da hipótese de Oparin e Haldane.

Quem Surgiu Primeiro, o RNA ou o DNA?

Na hipótese descrita por Oparin e Haldane, não há referência sobre o surgimento dos ácidos nucléicos, até porque não se sabia, na época, que eles constituem os genes. Por muito tempo se acreditou que os genes fossem de natureza proteica, afinal, já se sabia a enorme importância das proteínas como enzimas e anticorpos por exemplo. No entanto, com a descoberta dos ácidos nucleicos, a hipótese original foi readaptada.
Atualmente acredita-se que a primeira molécula informacional tenha sido o RNA, e não o DNA. Essa ideia é largamente aceita por vários motivos:

⇒ Descobriu-se que certos “pedaços” de RNA possuem atividade “enzimática”, as ribozimas. Essa atividade catalítica permite a produção, a partir de um molde de RNA e de nucleotídeos, de outras fitas de RNA idênticas ao molde, o que permite explicar o eventual surgimento e duplicação dos ácidos nucleicos, mesmo na ausência das sofisticadas polimerases que atuam hoje.

⇒ RNA significa Ácido Ribonucleico e o DNA por sua vez é o Ácido Desoxirribonucléico, o prefixo DES- dá a ideia de uma coisa que se tinha e atualmente não se tem mais, no caso do DNA verifica-se a junção do des + oxi, ou seja, o DNA é uma molécula que perdeu Oxigênio. Nesse sentido acredita-se que o DNA é consequência, dentre vários processos, de um RNA que ao longo do tempo perdeu um átomo de oxigênio, se tornou mais estável e ao formar uma dupla fita se tornou a molécula responsável pela informação genética tal qual conhecemos hoje.
Os primeiros DNAs teriam sido feitos a partir de um molde de RNA de maneira semelhante aos retrovírus, em que o RNA viral é transcrito em DNA por uma enzima chamada transcriptase reversa.

HIPÓTESE HETEROTRÓFICA X HIPÓTESE AUTOTRÓFICA

Inicialmente alguns estudiosos sugeriram que os primeiros seres vivos eram capazes de fabricar seu próprio alimento, ou seja, eram seres autotróficos. Essa hipótese, conhecida como hipótese autotrófica, tem contra si o seguinte argumento: todas as reações químicas relacionadas com a síntese de alimento são muito complexas, exigindo do organismo uma estrutura igualmente complexa. Atualmente a hipótese heterotrófica é mais aceita, pois, requer uma organização mais simples e permite a obtenção mais simples de nutrientes do meio.

Hipóteses da evolução celular – O surgimento dos seres eucariontes.

Hipótese de Robertson (Eucarioto) – Teoria da Evaginação das membranas

O cientista Robertson propôs, no final da década de 50, que ao longo da evolução alguns organismos procariontes devem ter adquirido a capacidade genética de dobrar sua membrana para fora, formando evaginações que resultavam em um aumento de tamanho.

Importante salientar que além de permitir o crescimento celular, essas evaginações também proporcionaram o surgimento dos primeiros sistemas de endomembranas, que viriam dar origem ao envoltório nuclear bem como também às organelas celulares. Portanto, vale-se então ressaltar que a célula eucariótica é compartimentada, a procariótica não. Esta afirmação faz sentido quando compara-se os dois padrões de organização celular sob o aspecto das dimensões celulares. A relação superfície/volume é maior na célula procariótica que na eucariótica. Assim, a célula procariótica apresenta-se com uma área superficial suficientemente grande para satisfazê-la em termos nutritivos. Ao mesmo tempo, o seu espaço interno é adequado à ocorrência das reações metabólicas em um ambiente descompartimentado.

Hipótese de Lynn Margulis – Teoria da Endossimbiose

A teoria endossimbiótica propõe que mitocôndrias e cloroplastos são organelas derivadas da interação entre um organismo procarionte ancestral e outros dois organismos que respectivamente eram capazes de realizar respiração aeróbia e fotossíntese. Essa situação se deu a partir do momento que células procariontes com diferentes dimensões teriam englobado (fagocitado) células menores dotadas de tais funções energéticas, respiração e fotossíntese, estabelecido entre si relações de simbiose. 

ARGUMENTOS A FAVOR DA HIPÓTESE ENDOSSIMBIÓTICA

⇒ As mitocôndrias e os cloroplastos são estruturalmente muito semelhantes aos procariontes atuais, principalmente com relação a forma, tamanho e estruturas membranares;
⇒ As mitocôndrias e os cloroplastos possuem material genético próprio, além disso, esse material genético possui forma circular, tal qual o observado para a quase totalidade de procariotos atuais;

⇒ Os ribossomos das mitocôndrias e dos cloroplastos são mais semelhantes aqueles presentes nos procariontes que nos eucariontes;

⇒ As relações de endossimbiose são comuns e verificam-se em grande número atualmente;
⇒ Tanto as mitocôndrias quanto os cloroplastos apresentam uma dupla membrana e acredita-se que a membrana mais externa é oriunda do procarioto que englobou os organismos aeróbicos e fotossintetizantes.