A vida na Terra surgiu há mais de 3,5 bilhões de anos - é difícil apontar o momento com mais precisão, apenas porque não é fácil traçar a linha entre “quase vivo” e “verdadeiramente vivo”. No entanto, podemos dizer com certeza que este momento mágico se estendeu por muitos, longos milhões de anos. Ainda assim, foi um verdadeiro milagre.
Para apreciar este milagre em seu verdadeiro valor, você precisa se familiarizar com uma série de teorias modernas que descrevem diferentes opções e fases do nascimento da vida. De um conjunto vigoroso mas sem vida de compostos orgânicos simples a proto-organismos que conheceram a morte e entraram em uma corrida sem fim de variabilidade biológica. Afinal, não são esses dois termos - mutabilidade e morte - que dá origem a toda a soma da vida?..
1. Panspermia
A hipótese de trazer vida para a Terra de outros corpos cósmicos tem muitos defensores autorizados. Esta posição foi ocupada pelo grande cientista alemão Hermann Helmholtz e pelo químico sueco Svante Arrhenius, o pensador russo Vladimir Vernadsky e o lorde físico britânico Kelvin. No entanto, a ciência é um reino de fatos e, após a descoberta da radiação cósmica e seu efeito destrutivo em todas as coisas vivas, a panspermia parecia morrer.
Mas quanto mais os cientistas se aprofundam na questão, mais nuances emergem. Portanto, agora - incluindo a realização de vários experimentos em espaçonaves - levamos muito mais a sério a capacidade dos organismos vivos de tolerar a radiação e o frio, a falta de água e outras "delícias" de estar no espaço sideral. Os achados de todos os tipos de compostos orgânicos em asteróides e cometas, em aglomerados distantes de gás e poeira e nuvens protoplanetárias são numerosos e indubitáveis. Mas as alegações sobre a descoberta neles de traços de algo que se assemelha a micróbios ainda não foram comprovadas.
É fácil perceber que, apesar de todo o seu fascínio, a teoria da panspermia apenas transfere para outro lugar e outro tempo a questão da origem da vida. O que quer que tenha trazido os primeiros organismos à Terra - seja um meteorito aleatório ou um plano astuto de alienígenas altamente desenvolvidos, eles tiveram que nascer em algum lugar e de alguma forma. Não deixe aqui e muito mais no passado - mas a vida teve que crescer a partir de matéria sem vida. A pergunta "Como?" permanece.
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1. Não científico: geração espontânea
A origem espontânea de matéria viva altamente desenvolvida a partir de matéria não viva - como o surgimento de larvas de mosca na carne apodrecida - pode ser associada a Aristóteles, que generalizou os pensamentos de muitos predecessores e formou uma doutrina holística de geração espontânea. Como outros elementos da filosofia de Aristóteles, a geração espontânea era a doutrina dominante na Europa medieval e gozava de algum apoio até os experimentos de Louis Pasteur, que demonstrou conclusivamente que mesmo as larvas das moscas exigem o aparecimento das moscas-mães. Não confunda geração espontânea com teorias modernas da origem abiogênica da vida: a diferença entre elas é fundamental.
2. Caldo primário
Esse conceito está intimamente relacionado aos experimentos clássicos que conseguiram adquirir o status dos anos 1950 por Stanley Miller e Harold Urey. No laboratório, os cientistas modelaram as condições que poderiam existir perto da superfície da jovem Terra - uma mistura de metano, monóxido de carbono e hidrogênio molecular, inúmeras descargas elétricas, luz ultravioleta - e logo mais de 10% do carbono do metano foi convertido na forma de várias moléculas orgânicas. Mais de 20 aminoácidos, açúcares, lipídios e precursores de ácido nucleico foram obtidos nos experimentos de Miller-Urey.
As variações modernas desses experimentos clássicos usam configurações muito mais sofisticadas que correspondem melhor às condições da Terra primitiva. Eles simulam o impacto de vulcões com suas emissões de sulfeto de hidrogênio e dióxido de enxofre, a presença de nitrogênio, etc. Assim, os cientistas conseguem obter uma quantidade enorme e variada de matéria orgânica - blocos de construção potenciais de vida potencial. O principal problema desses experimentos continua sendo o racemato: isômeros de moléculas opticamente ativas (como aminoácidos) são formados em uma mistura em quantidades iguais, enquanto toda a vida que conhecemos (com algumas e estranhas exceções) inclui apenas L-isômeros.
No entanto, retornaremos a esse problema mais tarde. Também deve ser adicionado aqui que recentemente - em 2015 - o professor de Cambridge John Sutherland e sua equipe mostraram a possibilidade de formar todas as "moléculas básicas da vida", componentes do DNA, RNA e proteínas a partir de um conjunto muito simples de componentes iniciais. Os personagens principais dessa mistura são o cianeto de hidrogênio e o sulfeto de hidrogênio, que não são tão raros no espaço. A eles resta adicionar alguns minerais e metais que estão presentes em quantidades suficientes na Terra, como fosfatos, cobre e sais de ferro. Os cientistas construíram um esquema de reação detalhado que poderia muito bem criar uma rica "sopa primordial" de modo que os polímeros apareçam nela e a evolução química completa entre em jogo.
A hipótese da origem abiogênica da vida a partir de um "caldo orgânico", que foi testada pelos experimentos de Miller e Urey, foi proposta em 1924 pelo bioquímico soviético Alexander Oparin. E embora nos "anos sombrios" do apogeu do lysenkoísmo, o cientista tenha ficado do lado dos oponentes da genética científica, seus méritos são grandes. Em reconhecimento ao papel de um acadêmico, seu nome leva o principal prêmio concedido pela Sociedade Científica Internacional para o Estudo da Origem da Vida (ISSOL) - a Medalha Oparin. O prêmio é concedido a cada seis anos e, em várias ocasiões, foi concedido a Stanley Miller e ao grande pesquisador de cromossomos, Prêmio Nobel Jack Shostak. Em reconhecimento à enorme contribuição de Harold Urey, o ISSOL concede a Medalha Urey entre a Medalha Oparin (também a cada seis anos). O resultado é um prêmio evolutivo real e único - com um nome mutável.
3. Evolução química
A teoria tenta descrever a transformação de substâncias orgânicas relativamente simples em sistemas químicos bastante complexos, os precursores da própria vida, sob a influência de fatores externos, os mecanismos de seleção e auto-organização. O conceito básico dessa abordagem é o "chauvinismo água-carbono", que apresenta esses dois componentes (água e carbono - NS) como absolutamente necessários e fundamentais para o surgimento e desenvolvimento da vida, seja na Terra ou em outro lugar. E o principal problema continua sendo as condições sob as quais o “chauvinismo água-carbono” pode se desenvolver em complexos químicos muito sofisticados, capazes, em primeiro lugar, de auto-replicação.
Segundo uma das hipóteses, a organização primária das moléculas poderia ocorrer nos microporos dos argilominerais, que desempenhavam um papel estrutural. O químico escocês Alexander Graham Cairns-Smith apresentou essa ideia há alguns anos. Biomoléculas complexas podem se estabelecer e polimerizar em sua superfície interna, como em uma matriz: cientistas israelenses mostraram que tais condições tornam possível o crescimento de cadeias de proteínas suficientemente longas. Aqui, as quantidades necessárias de sais de metal podem se acumular, que desempenham um papel importante como catalisadores para reações químicas. Paredes de argila podem funcionar como membranas celulares, dividindo o espaço "interno", no qual ocorrem reações químicas cada vez mais complexas, e separando-o do caos externo.
As superfícies de minerais cristalinos poderiam servir como "matrizes" para o crescimento de moléculas de polímero: a estrutura espacial de sua rede cristalina é capaz de selecionar apenas isômeros ópticos de um tipo - por exemplo, L-aminoácidos - resolvendo o problema que falamos acima. Energia para o "metabolismo" primário poderia ser fornecida por reações inorgânicas, como a redução do mineral pirita (FeS2) com hidrogênio (a sulfeto de ferro e sulfeto de hidrogênio). Nesse caso, nem raios nem radiação ultravioleta são necessários para o aparecimento de biomoléculas complexas, como nos experimentos de Miller-Urey. Isso significa que podemos nos livrar dos aspectos prejudiciais de sua ação.
A Terra Jovem não estava protegida dos componentes nocivos - e mesmo mortais - da radiação solar. Mesmo organismos modernos testados evolutivamente seriam incapazes de suportar essa forte radiação ultravioleta - apesar do fato de que o próprio Sol era muito mais jovem e não fornecia calor suficiente ao planeta. Daí surgiu a hipótese de que na época em que acontecesse o milagre da origem da vida, toda a Terra poderia estar coberta por uma espessa camada de gelo - centenas de metros; e isso é o melhor. Escondida sob essa camada de gelo, a vida pode parecer completamente protegida da radiação ultravioleta e dos freqüentes ataques de meteoros que ameaçaram destruí-la pela raiz. O ambiente relativamente frio também pode estabilizar a estrutura das primeiras macromoléculas.
4. Fumantes negros
Na verdade, a radiação ultravioleta na jovem Terra, cuja atmosfera ainda não continha oxigênio e não tinha uma coisa tão maravilhosa como a camada de ozônio, deveria ser mortal para qualquer vida nascente. A partir daí surgiu a suposição de que os frágeis ancestrais dos organismos vivos foram forçados a existir em algum lugar, escondendo-se do fluxo contínuo de raios esterilizantes de tudo e de todos. Por exemplo, nas profundezas da água - é claro, onde existem minerais, mistura, calor e energia suficientes para reações químicas. E esses lugares foram encontrados.
No final do século XX, ficou claro que o fundo do oceano não poderia de forma alguma ser um refúgio para monstros medievais: as condições aqui são muito adversas, a temperatura é baixa, não há radiação e a rara matéria orgânica só é capaz de se depositar na superfície. Na verdade, esses são vastos semidesertos - com algumas exceções notáveis: bem ali, nas profundezas das águas, perto das saídas de fontes geotérmicas, a vida está literalmente em pleno andamento. A água negra saturada com sulfuretos é quente, ativamente misturada e contém muitos minerais.
Os fumantes do oceano negro são ecossistemas muito ricos e distintos: as bactérias que se alimentam deles usam as reações ferro-enxofre, que já discutimos. Eles são a base para uma vida em plena floração, incluindo uma série de minhocas e camarões únicos. Talvez tenham sido a base da origem da vida no planeta: pelo menos teoricamente, tais sistemas carregam tudo o que é necessário para isso.
2. Não científico: Espíritos, deuses, ancestrais
Quaisquer mitos cosmológicos sobre a origem do mundo são sempre coroados de mitos antropogônicos - sobre a origem do homem. E nessas fantasias só se pode invejar a imaginação dos antigos autores: sobre a questão de o que, como e por que o cosmos surgiu, onde e como a vida - e as pessoas - surgiram, as versões soavam muito diferentes e quase sempre belas. Plantas, peixes e animais foram apanhados do fundo do mar por um enorme corvo, as pessoas rastejaram para fora do corpo do ancestral Pangu como vermes, moldados de argila e cinzas, nasceram de casamentos de deuses e monstros. Tudo isso é surpreendentemente poético, mas é claro que não tem nada a ver com ciência.
5. O mundo do RNA
De acordo com os princípios do materialismo dialético, a vida é uma "unidade e luta" de dois princípios: informação mutável e herdada, de um lado, e funções bioquímicas e estruturais, do outro. Um é impossível sem o outro - e a questão de onde começou a vida, com informações e ácidos nucléicos ou com funções e proteínas, continua sendo uma das mais difíceis. E uma das soluções bem conhecidas para esse problema paradoxal é a hipótese do mundo do RNA, que apareceu no final dos anos 1960 e finalmente tomou forma no final dos anos 1980.
RNA - macromoléculas, no armazenamento e transmissão de informações não são tão eficientes quanto o DNA, e no desempenho de funções enzimáticas - não tão impressionantes quanto as proteínas. Mas as moléculas de RNA são capazes de ambos e, até agora, atuam como um elo de transmissão na troca de informações da célula e catalisam uma série de reações nela. As proteínas são incapazes de se replicar sem as informações do DNA, e o DNA é incapaz disso sem "habilidades" proteicas. O RNA, por outro lado, pode ser completamente autônomo: ele é capaz de catalisar sua própria "reprodução" - e isso é o suficiente para começar.
Estudos dentro da estrutura da hipótese do mundo do RNA têm mostrado que essas macromoléculas são capazes de evolução química completa. Tomemos, por exemplo, um exemplo ilustrativo demonstrado pelos biofísicos californianos liderados por Lesley Orgel: se o brometo de etídio for adicionado a uma solução de RNA capaz de auto-replicação, que serve como um veneno para esse sistema, bloqueando a síntese de RNA, então, aos poucos, com uma mudança nas gerações de macromoléculas, na mistura Parece que os RNAs são resistentes mesmo a concentrações muito altas da toxina. Algo assim, evoluindo, as primeiras moléculas de RNA poderiam encontrar uma maneira de sintetizar as primeiras ferramentas-proteínas, e então - em combinação com elas - "descobrir" por si mesmas a dupla hélice do DNA, o transportador ideal da informação hereditária.
3. Não científico: Imutabilidade
Não mais científicas do que as histórias sobre os primeiros ancestrais podem ser chamadas de visões que carregam o nome de Teoria do Estado Estacionário. De acordo com seus apoiadores, nenhuma vida jamais surgiu - assim como a Terra não nasceu, nem o cosmos apareceu: eles simplesmente foram sempre, sempre e permanecerão. Tudo isso não é mais justificado do que os vermes Pangu: para levar a sério tal "teoria", é preciso esquecer as inúmeras descobertas da paleontologia, geologia e astronomia. E, de fato, abandonar todo o grandioso edifício da ciência moderna - mas então, provavelmente, vale a pena abrir mão de tudo o que é devido a seus habitantes, inclusive computadores e tratamento odontológico indolor.
6. Protocélulas
No entanto, a simples replicação não é suficiente para a "vida normal": qualquer vida é, antes de tudo, uma área espacialmente isolada do meio ambiente que separa os processos metabólicos, facilita o curso de algumas reações e permite excluir outras. Em outras palavras, a vida é uma célula delimitada por uma membrana semipermeável composta de lipídios. E as "protocélulas" já deveriam ter aparecido nos primeiros estágios da existência de vida na Terra - a primeira hipótese sobre sua origem foi expressa por Alexander Oparin, que é bem conhecido por nós. Em sua opinião, gotículas de lipídios hidrofóbicos semelhantes a gotículas amarelas de óleo flutuando na água poderiam servir como "protomembranas".
Em geral, as ideias do cientista são aceitas pela ciência moderna, e Jack Shostak, que recebeu a Medalha Oparin por seu trabalho, também se envolveu neste tópico. Junto com Katarzyna Adamala, ele conseguiu criar uma espécie de modelo de “protocélula”, cujo análogo da membrana não consistia em lipídios modernos, mas em moléculas orgânicas ainda mais simples, ácidos graxos, que bem poderiam ter se acumulado nos locais de origem dos primeiros proto-organismos. Shostak e Adamala até conseguiram "reviver" suas estruturas adicionando íons de magnésio (estimulando o trabalho das RNA polimerases) e ácido cítrico (estabilizando a estrutura das membranas gordurosas) ao meio.
Como resultado, eles acabaram com um sistema completamente simples, mas um tanto vivo; em qualquer caso, era uma protocélula normal que continha um ambiente protegido por membrana para a reprodução do RNA. A partir deste momento você pode fechar o último capítulo da pré-história da vida - e começar os primeiros capítulos de sua história. No entanto, este é um tema completamente diferente, por isso falaremos de apenas um, mas extremamente importante conceito associado aos primeiros passos da evolução da vida e ao surgimento de uma enorme variedade de organismos.
4. Não científico: Retorno Eterno
Uma representação "corporativa" da filosofia indiana, na filosofia ocidental associada às obras de Immanuel Kant, Friedrich Nietzsche e Mircea Eliade. Um retrato poético da eterna peregrinação de cada alma vivente por um número infinito de mundos e seus habitantes, sua transformação em um insignificante inseto, depois em um poeta exaltado, ou mesmo em um ser desconhecido para nós, um demônio ou um deus. Apesar da falta de ideias de reencarnação, Nietzsche está realmente próximo dessa ideia: a eternidade é eterna, o que significa que qualquer evento nela pode - e deve se repetir novamente. E cada criatura gira incessantemente neste carrossel de retorno universal, de modo que apenas a cabeça está girando, e o próprio problema de origem primária desaparece em algum lugar em um caleidoscópio de incontáveis repetições.
7. Endossimbiose
Olhe-se no espelho, olhe nos olhos: a criatura com a qual vocês se olham é um híbrido complexo que surgiu em tempos imemoriais. No final do século 19, o naturalista alemão-inglês Andreas Schimper percebeu que os cloroplastos, as organelas das células vegetais responsáveis pela fotossíntese, se replicam separadamente da própria célula. Logo surgiu a hipótese de que os cloroplastos são simbiontes, células de bactérias fotossintéticas, uma vez engolidas pelo hospedeiro - e deixadas para viver aqui para sempre.
Claro, não temos cloroplastos, do contrário poderíamos nos alimentar da luz solar, como sugerem algumas seitas pseudo-religiosas. No entanto, na década de 1920, a hipótese da endossimbiose foi expandida para incluir mitocôndrias, organelas que consomem oxigênio e fornecem energia para todas as nossas células. Até o momento, essa hipótese adquiriu o status de uma teoria completa e repetidamente comprovada - basta dizer que as mitocôndrias e os plastídeos têm seu próprio genoma, mais ou menos mecanismos de divisão celular e seus próprios sistemas de síntese de proteínas.
Na natureza, também foram encontrados outros endossimbiontes que não têm bilhões de anos de evolução conjunta por trás deles e estão em um nível menos profundo de integração na célula. Por exemplo, algumas amebas não têm suas próprias mitocôndrias, mas há bactérias incluídas dentro delas e desempenhando seu papel. Existem hipóteses sobre a origem endossimbiótica de outras organelas - incluindo flagelos e cílios, e até mesmo o núcleo da célula: de acordo com alguns pesquisadores, todos nós eucariotos são o resultado de uma fusão sem precedentes entre bactérias e arquéias. Essas versões ainda não encontraram uma confirmação estrita, mas uma coisa é certa: assim que surgiu, a vida começou a absorver seus vizinhos - e interagir com eles, dando origem a uma nova vida.
5. Não científico: criacionismo
O próprio conceito de criacionismo surgiu no século 19, quando essa palavra passou a ser chamada de adeptos de várias versões do surgimento do mundo e da vida, propostas pelos autores da Torá, da Bíblia e de outros livros sagrados das religiões monoteístas. No entanto, na verdade, os criacionistas não ofereceram nada de novo em comparação com esses livros, repetidamente tentando refutar as descobertas rigorosas e fundamentais da ciência - e de fato, continuamente, perdendo uma posição após a outra. Infelizmente, as idéias dos modernos pseudocientistas-criacionistas são muito mais fáceis de entender: é preciso muito esforço para entender as teorias da ciência real.
Sergey Vasiliev
