Resumo Origem da Vida- Resumo para Enem

MÓDULOS CONTEMPLADOS\n\nIORUL - Origem do Universo\nHOVD - Hipóteses da Origem da Vida\nSPSV - Surgimento do Primeiro Ser Vivo\nHMET - Hipóteses Metabólicas\nEXOV - Exercícios de Origem da Vida\n\nCURSO\nDISCIPLINA\nCAPÍTULO\nPROFESSORES\nEXTENSIVO 2017\nBIOLOGIA\nORIGEM DA VIDA\nANDRESSA HELRIGHEL E GLÁUCIA XAVIER ORIGEM DA VIDA\n\nE aí, gurizada do Me Salva! Prontos para mergulhar no universo da vida? Entender o início do processo que gerou tudo que conhecemos como vivo hoje? É muito louco pensar sobre a forma como a vida se originou em nosso planeta. Qual foi o primeiro ser vivo? Ou ainda, como nosso planeta se formou? E a nossa galáxia? Enfim, as respostas para a vida, o universo e tudo mais. Vocês já pararam para pensar sobre todas essas coisas? Sim? Não? Então se preparem, porque nessa apostila iremos descobrir tudo isso e muito mais. Prontos? Então, vamos lá!\n\nA ORIGEM DO UNIVERSO\n\nTalvez vocês estejam se perguntando qual a importância de saber a origem do universo já que estamos aqui para estudar a origem da vida. Ora, é muito simples: a vida é formada pelos mesmos elementos básicos que formam os planetas, as estrelas, as galáxias.... Esses elementos podem ser chamados de átomos. Sendo assim, sabendo como se formou o universo, e de onde vieram seus elementos mais fundamentais, podemos compreender melhor a origem da própria vida.\n\nNo século XX, conhecimentos sobre física, astronomia e telescópios possibilitaram a proposta da teoria do Big-Bang (grande expansão), que a origem do universo e reforça a ideia já antes lançada por Albert Einstein de que o universo estaria se expandindo. Essa teoria sugere que em um dado momento o universo, que era um ponto muito denso, sofreu uma grande respiração, ficando cada vez mais denso, até o momento que ele expandiu. No momento dessa \"explosão\", ele deu origem ao espaço, ao tempo, à matéria e à energia: formando o universo. Atualmente, as estimativas apontam que as condições iniciais relacionadas com Big Bang tenham ocorrido entre 13,3 e 13,9 BILHÕES de anos atrás! Galera, isso é tempo demais. Complicado até de imaginar!\n\nApós essa expansão inicial, a temperatura do universo era tão alta que não permitia a formação de elementos químicos. Com o passar do tempo, isso significa muitas centenas de milhares de anos, a temperatura diminuiu, possibilitando a formação de elementos simples, principalmente o hidrogênio (H)...\n\nA galáxia na qual nosso planeta está localizado, é a Via Láctea, que obviamente não é tão antiga quanto o próprio universo, mas possivelmente possui mais de 13 bilhões de anos. Essa galáxia é apenas uma das bilhões que existem no universo. Todas elas apresentando quantidades gigantescas de estrelas. O Sol, por exemplo, é apenas uma das centenas de bilhões de estrelas que existem. na Via Láctea. Já percebeu que quando falamos em astronomia o termo \"bilhões\" aparece bastante, né? O Sol, e o sistema solar, não são tão antigos quanto a galáxia. Eles se formaram há aproximadamente 4,6 bilhões de anos. Que também é a idade de formação do nosso próprio planeta. E como se formou o sistema e seus planetas? De uma forma bem superficial, podemos dizer por causa da força gravitacional, partículas de gases e poeira se juntaram, aumentando de massa, que por sua vez aumentava a força gravitacional...\nLogo após sua formação, a Terra não era exatamente um lugar muito agradável para se passar as férias. Era muito quente, com grandes erupções vulcânicas, uma atmosfera bem diferente, além de ser frequentemente bombardeada por matéria vinda de fora. Apesar disso, ao longo do tempo, a Terra foi mudando, e em algum momento as condições permitiram a origem dos primeiros seres vivos.\nTEORIAS DE ORIGEM DA VIDA\nBom, entendendo então as condições que permitiram que a vida surgisse no planeta, começamos a nos perguntar como essa vida surgiu, então. E os estudiosos daquela época também tinham essa dúvida, e levantaram duas hipóteses para explicar a origem da vida na Terra: a da abiogênese e da biogênese.\nA teoria da abiogênese é muito antiga: perdurou desde a antiguidade até o Século XIX. Segundo ela, os seres vivos surgem espontaneamente a partir da matéria inanimada: acreditava-se, por exemplo, que sapos surgiam a partir da lama. Mais tarde, a partir dos experimentos de Francesco Redi (em 1668), Lazzaro Spallanzani (1770), uma nova teoria chamada biogênese ganhou força. De acordo com ela, um ser vivo só pode surgir a partir de outro ser vivo.\nOS EXPERIMENTOS DE REDI\nRedi acreditava que o surgimento dos seres vivos não se dava por geração espontânea e investigou a suposta origem de vermes a partir da carne em decomposição. Redi tinha uma hipótese diferente para explicar a origem desses vermes. Eles eram simplesmente larvas que se desenvolviam na carne a partir de ovos de moscas. Para testar sua hipótese, Redi realizou o experimento ilustrado no esquema abaixo, que comprovou sua hipótese. FIGURA 1. ESQUEMA EXEMPLIFICANDO O EXPERIMENTO DE REDI. A HIPÓTESE DE QUE A GERAÇÃO ESPONTÂNEA DE VERMES A PARTIR DE CARNE EM DECOMPOSIÇÃO NÃO OCORRE FOI CORROBORADA.\nComo você pode perceber na imagem, Redi utilizou dois frascos contendo pedaços de carne, um que manteve aberto e outro que tampou com gaze para impedir que moscas colocassem seus ovos. Os resultados sustentaram a hipótese de Redi, porque os vermes só apareceram no frasco que ficou aberto, permitindo que as moscas deixassem seus ovinhos.\nOS EXPERIMENTOS DE NEEDHAM E SPALLANZANI\nOs trabalhos de Redi ajudaram na diminuição da aceitação da teoria da abiogênese. Entretanto, para muitos, a origem de organismos microscópicos ainda era explicada pela geração espontânea. Um dos mais conhecidos defensores dessas ideias foi John Needham. Ele realizou experimentos utilizando caldos nutritivos que haviam sido aquecidos e tapados de forma não muito eficiente. Observou que vários microrganismos apareceram nos caldos depois de um tempo. Ele defendia a existência de uma \"força vital\" que atuava para o surgimento dessas formas de vida.\nEntretanto, outro pesquisador, chamado Spallanzani, refez os experimentos de Needham fazendo algumas adaptações. Ele ferveu os caldos por muito mais tempo e os tapou completamente, para evitar que qualquer microrganismo entrasse nos mesmos. Depois de vários dias os caldos continuavam sem nenhum ser vivo microscópico, sustentando mais uma vez a hipótese de que a geração espontânea não ocorria. Apesar disso, Needham argumentou que a fervura em excesso feita por Spallanzani acabou com todo o presente nos potes com caldos, e o ar seria necessário para a geração de novos microrganismos. Para entender como essa situação foi resolvida, precisamos falar sobre os experimentos de Louis Pasteur... OS EXPERIMENTOS DE LOUIS PASTEUR (1822-1895)\nOs experimentos de Pasteur, por volta de 1860, contribuíram para a hipótese da biogênese. Eles estão esquematizados na figura a seguir. O caldo nutritivo é despejado em um frasco de vidro (1); em seguida o gargalo desse frasco é esticado e curvado após ser aquecido em uma chama (2); o caldo é então fervido e esterilizado (3); ao final do experimento observa-se que o caldo nutritivo do frasco com \"pescoço de cisne\" mantém-se livre de micro-organismos (4); também observou-se que quando quebrado o gargalo do frasco, micro-organismos surgiam no caldo (5).\nFIGURA 2. ESQUEMA DO EXPERIMENTO DE LOUIS PASTEUR, MOSTRANDO OS FRASCOS COM GARGALOS CURVADOS, COMO O PESCOÇO DE UM CISNE. Perceba que em seu experimento, da mesma forma que Spallanzani, Pasteur ferveu os caldos nutritivos. Mas para testar se o era importante ele utilizou o gargalo em formato de pescoço de cisne. O gargalo com esse formato permitia que o ar entrasse no frasco, mas fazia com que os microrganismos do ar ficassem \"presos\" em suas curvas, que agiam como filtros. Em seus resultados não observou o desenvolvimento de seres vivos por geração espontânea mesmo na presença de ar. Microrganismos só surgiram nos frascos após quebrar o gargalo. Esse experimento demonstrou que mesmo microrganismos só surgem a partir de outros microrganismos, descreditando a hipótese de abiogênese.\n\nO SURGIMENTO DO PRIMEIRO SER VIVO\n\nA aceitação da biogênese levou a um novo questionamento: se todos os seres vivos surgem de outros preexistentes, como surgiu o primeiro? Existem pelo menos três possibilidades levantadas para responder a esta pergunta:\n\nCriação Divina: força superior cria a vida;\nOrigem por evolução química: para essa hipótese, a vida se originou a partir de compostos não vivos mais simples, que acabaram se combinando devido a condições ambientais particulares. Ao longo do tempo, esses compostos originaram moléculas orgânicas, como proteínas e gorduras. Quando sistemas compostos por essas moléculas adquiriram a capacidade de se isolar do ambiente (membranas), de se duplicar (reprodução) e realizar reações químicas (metabolismo) para manter sua organização, a vida teria se originado;\nPanspermia: essa hipótese defende a ideia de que a vida ou os compostos necessários para o desenvolvimento dela vieram de outros lugares do universo. Entretanto, independente de isso ter ocorrido ou não, o problema da evolução química da vida continua, mudando apenas o local onde ocorreu primeiro.\n\nA hipótese da evolução química é a mais aceita atualmente. Mesmo porque os seres vivos são formados pela mesma matéria presente em rochas, lagos, estrelas... Simplesmente organizadas de maneira diferente e interagindo de formas complexas. Assim, resumindo, de acordo com a Hipótese de Evolução Gradual dos Sistemas Químicos, a vida seria fruto das condições primitivas do ambiente da Terra. Alguns cientistas pioneiros dessa área, na década de 1920, tentaram imaginar como isso teria ocorrido, estudando sobre o passado da terra e que tipo de ambiente seria necessário para o surgimento de moléculas complexas e para a própria vida se desenvolver. Entre eles, Oparin e Haldane são dois nomes tradicionalmente lembrados.\n\nHIPÓTESES METABÓLICAS\n\nComo vimos, Oparin e Haldane foram pioneiros nessa área. Eles acreditavam que a condição ambiental da Terra primitiva teria possibilitado a formação de coacervados, um aglomerado de moléculas proteicas circundadas por água; e que da mesma forma que coacervados se formavam, outros sistemas, até mesmo mais elaborados, envolvidos por membrana poderiam ter originado os primeiros seres vivos.\n\nOS EXPERIMENTOS DE MILLER\n\nNa década de 1950, Stanley Miller desenvolveu um experimento para testar as ideias de Oparin e Haldane. Utilizando um aparelho, ele tentava imitar as condições que eram imaginadas para o ambiente da Terra primitiva. Assim, uma mistura de gases servia como \"atmosfera\". Entre estes estavam a amônia (NH3), o metano (CH4), hidrogênio (H2) e vapor d’água (H2O). Além disso, descargas elétricas eram utilizadas como equivalente de raios presentes durante tempestades. No aparelho também existia uma imitação dos mares e lagos, que era aquecida para simular a evaporação da água. Toda essa mistura era acabava condensando \"chovendo\" novamente para o \"mar\". Miller deixou a simulação correndo durante vários dias e após examinou a composição dos líquidos acumulados. Os resultados foram surpreendentes. Mesmo após poucos dias, várias tipos de moléculas complexas que não existiam no início do experimento foram formadas. Entre elas várias substâncias orgânicas, como aminoácidos, que são os constituintes básicos das proteínas. Atualmente sabemos que a composição de nosso planeta era diferente da utilizada nos experimentos de Miller.\n\nDe qualquer forma em seus trabalhos ficou claro que muitos dos compostos presentes nos seres vivos podem \"evoluir\" quimicamente a partir de moléculas muito simples. Isso forçou a hipótese de que a vida se originou pela evolução química. Quase 60 anos depois, muitos outros trabalhos apresentaram resultados semelhantes, mesmo utilizando informações mais exatas sobre as condições primitivas do nosso planeta. Além disso, moléculas complexas já foram detectadas em diversos locais fora de nosso planeta, como em meteoros. Tudo isso mostra que apesar do surgimento da vida provavelmente ser um evento raro, os componentes necessários para isso são facilmente produzidos em condições ambientais adequadas. E perceba, apesar raro, em tese, esse evento só precisou ocorrer uma vez!\n\nCOMO ERAM OS PRIMEIROS SERES VIVOS?\n\nOk, entendemos que a vida provavelmente se originou por evolução química. Também podemos imaginar que esses primeiros seres eram envolvidos por algum tipo de membrana, que conseguiam reproduzir, e que apresentavam alguma forma de metabolismo. Existem duas hipóteses sobre a natureza do metabolismo dos primeiros seres vivos: a autotrófica e a heterotrófica. A hipótese autotrófica afirma que os primeiros organismos fabricavam seus próprios compostos orgânicos, como a glicose, através da quimiossíntese (processo que utiliza substâncias inorgânicas para produção de energia). Porém, a hipótese mais aceita hoje dia é a de que os primeiros seres vivos eram heterotróficos.\n\nOrganismos heterotróficos precisam conseguir suas fontes energéticas a partir de matéria orgânica presente no ambiente. Nas condições da terra primitiva, muita matéria orgânica podia ter sido formada, resultando em fontes abundantes de energia para esses organismos. Em um ambiente pobre em oxigênio, uma das vias metabólicas mais simples para a obtenção de energia é a fermentação. Com o passar do tempo, a quantidade de matéria orgânica provavelmente diminuiu, limitando a quantidade de alimento para esses organismos. Em um cenário como esse, com disponibilidade de CO2 e pouca matéria orgânica, organismos com a capacidade de utilizar a luz solar para produzir seu alimento, utilizando o CO2, teriam sido beneficiados (eles faziam fotossíntese!). Então alguns organismos começam a fazer fotossíntese e um dos produtos da fotossíntese é o oxigênio, que começa a se acumular na atmosfera. Alguns organismos conseguiram utilizar o oxigênio em um processo mais eficiente do que a fermentação para a obtenção de energia, chamado de respiração aeróbica. Perceba que, dentro da hipótese heterotrófica, podemos resumir os surgimento dos processos metabólicos na seguinte ordem: Fermentação – Fotossíntese – Respiração aeróbica.\n\nORIGEM DOS EUCARIOTOS\n\nEntão, pessoal, tudo certo até aqui? Falamos que os primeiros seres vivos conseguiam reproduzir, tinham metabolismo, e além disso possuíam um envoltório que os isolava do ambiente. Isso é muito parecido com a descrição de uma célula. O primeiro ser vivo era provavelmente muito parecido com as células mais simples. Atualmente, podemos classificar as células em dois grandes grupos: as eucariotas e as procarióticas.\n\nA característica mais marcante das células eucariotas, e que dá o nome para elas, é a presença de uma membrana envolvendo seu material genético, que é chamada de carioteca. Essa estrutura formada pela membrana e o material genético em seu interior é chamada de núcleo! As células procarióticas apresentam material genético, mas ele não está organizado na forma de um núcleo, e sim disperso pelo citoplasma. Além disso, a célula eucariota possui diversas organelas membranosas que não estão presentes nas células procarióticas. Organismos que apresentam células eucariotas incluem as plantas, fungos, protozoários e animais (lembra que a gente é animal). Organismos com células procarióticas incluem as bactérias e arqueas. Os ancestrais de todos esses seres era muito provavelmente mais parecido com as células procarióticas do que com as eucariontes. Como será que ocorreu essa mudança?\n\nA TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA\n\nMuitas das organelas membranosas das células eucarionticas, como o retículo endoplasmático e o complexo de Golgi, tem sua origem a partir de invaginações da própria membrana plasmática. Entretanto, existem duas organelas com uma origem mais interessante! As mitocôndrias e os cloroplastos. Para explicar a origem dessas duas organelas foi proposta a teoria endossimbiótica, com Lynn Margulis sendo sua maior defensora. Segundo ela, essas organelas teriam sido bactérias independentes, capazes de respirar e realizar a fotossíntese, respectivamente. Posteriormente, podem ter sido fagocitadas (“engolidas”) por um organismo fermentador maior. Dessa forma, surge a célula eucariótica animal, que apresenta mitocôndrias, e a vegetal, que apresenta mitocôndrias e cloroplastos. PROCARIONTES\n\nProcariontes aeróbicos de vida livre\n\nProcariontes fotossintetizantes de vida livre\n\nProcarionte simbiótico\n\nBactéria torna-se mitocôndria\n\nBactéria torna-se cloroplasto\n\nNÚCLEO\n\nCélula animal\n\nCélula vegetal\n\nFIGURA 5. REPRESENTAÇÃO ESQUEMÁTICA DA TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA. PRINCIPAIS EVENTOS NA HISTÓRIA DA VIDA\n\nMuitas vezes a evolução da Terra e dos seres vivos é algo difícil de quantificar e fica abstrato relacionar os eventos com o passar dos anos. Uma linha do tempo com os principais momentos da história da vida nos possibilita relacionar os acontecimentos da vida na Terra com as eras geológicas desde sua formação até os dias de hoje, nos mostrando também o quão ínfima é a história humana quando comparada com a história de nosso planeta.\n\nFIGURA 6. REPRESENTAÇÃO DA LINHA DO TEMPO DO PLANETA TERRA COM OS PRINCIPAIS EVENTOS DA HISTÓRIA DA VIDA.\n\nPerceba pela imagem que o planeta se formou faz muitos e muitos anos. Após, destacamos a solidificação da crosta, ou seja, a Terra ficar “dura”. Isso tudo antes da origem da vida, que ocorreu faz tanto tempo... E por aí vai...