Desde a infância, os seres vivos despertaram em mim interesse e admiração. Passei minha infância no norte da Califórnia, onde costumava brincar na natureza entre plantas e animais.
Meus amigos e eu observamos as abelhas polinizarem as flores e pegá-las em sacos zip para ver melhor seus olhos de obsidiana e cabelos dourados, e então deixar os insetos soltos para realizar suas atividades diárias.
Às vezes eu fazia um arco e flecha do arbusto que crescia em nosso sítio, usava a casca dos mesmos arbustos como corda de arco, e as folhas deles iam para a franjinha das flechas. Nas viagens para a praia com minha família, aprendi rapidamente a encontrar caranguejos e artrópodes em seus cantos, observando as bolhas na areia após a maré da próxima onda. E eu me lembro vividamente de como, no ensino fundamental, fazíamos uma caminhada em um bosque de eucaliptos em Santa Cruz, onde milhares de borboletas Danaid migrantes pararam para descansar. Eles se agarraram aos galhos das árvores em grandes protuberâncias marrons, parecendo folhas secas. E então uma borboleta começou a se mover e descobriu-se que a parte interna de suas asas era de um laranja flamejante.
Esses momentos, assim como muitos dos filmes de David Attenborough, reforçaram meu fascínio pelo mundo vivo do planeta. Enquanto meu irmão mais novo estava entusiasmado com o designer K'Nex que lhe foi apresentado, construindo meticulosamente montanhas-russas ou uma ferrovia, tentei entender como nosso gato funciona. Como ela vê o mundo? Por que ela está ronronando? Do que são feitos seus pelos, garras e bigode? Certa vez, pedi uma enciclopédia sobre animais para o Natal. Tendo rasgado o papel pardo de um livro enorme que pesava cerca de metade de mim, sentei-me perto da árvore por várias horas lendo-o. Portanto, não é surpreendente que acabei ganhando a vida escrevendo artigos sobre natureza e ciência.
Mas recentemente tive uma epifania que me fez olhar de novo por que amo tanto todas as coisas vivas e pensar de uma nova maneira sobre o que é a vida. O fato é que durante todo o tempo que as pessoas estudam a vida, ainda não conseguem dar uma definição clara. Mesmo hoje, os cientistas não têm uma definição de vida convincente e universalmente aceita. Pensando nesse problema, lembrei-me de como meu irmão brincava com entusiasmo de set de construção e fiquei curioso com o gato.
Por que nos parece que o construtor é inanimado, mas o gato está vivo? Não são a primeira e a segunda máquinas no final? Claro, um gato é um mecanismo muito mais complexo, capaz de feitos incríveis, que o designer nunca será capaz de repetir. Mas no nível mais básico, qual é a diferença entre uma máquina inanimada e um organismo vivo? O que, pessoas, gatos, caranguejos e outras criaturas pertencem a uma categoria, e construtores, computadores, estrelas e pedras a outra? Minha conclusão: não. Além disso, decidi que a vida realmente não existe.
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Deixe-me explicar
Tentativas formais de dar uma definição precisa da vida foram empreendidas mesmo nos dias dos antigos filósofos gregos. Aristóteles acreditava que, ao contrário do inanimado, todas as coisas vivas têm alma, e a alma é de três tipos: nas plantas, nos animais e uma alma racional, que está exclusivamente nos humanos. O anatomista grego Galeno sugeriu um sistema semelhante, baseado em órgãos, de "espírito vital" nos pulmões, sistema circulatório e nervoso. No século 17, o médico e químico alemão George Erns Stahl e outros estudiosos desenvolveram uma teoria que mais tarde foi chamada de vitalismo.
Vitalistas argumentaram que "organismos vivos são fundamentalmente diferentes de entidades inanimadas, porque contêm algum elemento intangível, e são governados por princípios diferentes dos das coisas inanimadas", e também que as substâncias orgânicas (moléculas contendo carbono e hidrogênio e criadas organismos vivos) não podem ser sintetizados a partir do inorgânico (são moléculas onde não existe carbono, que surge principalmente como resultado de processos geológicos). Experimentos subsequentes mostraram a completa inconsistência do vitalismo: substâncias inorgânicas podem ser convertidas em substâncias orgânicas tanto em condições de laboratório quanto fora das paredes dos laboratórios.
Em vez de instilar nos organismos "alguma força intangível", outros cientistas tentaram derivar um certo conjunto de características físicas que diferenciam os vivos dos não vivos. Hoje, devido à falta de uma definição concisa de vida nos livros de Campbell e em outros livros de biologia amplamente usados, há uma extensa lista de características definidoras, por exemplo: ordem (o fato de que muitos organismos consistem em uma célula com diferentes divisões e organelas, ou grupos de células ordenadas), crescimento e desenvolvimento (mudança de tamanho e forma de forma previsível), homeostase (estabilidade da composição do meio interno, que difere do externo, bem como o equilíbrio das funções biofisiológicas, por exemplo, regulação do grau de acidez e concentração de sal), metabolismo (gasto de energia para o crescimento e para retardando o envelhecimento),reação a estímulos (mudança de comportamento em resposta à luz, temperatura, produtos químicos e outros componentes do meio ambiente), reprodução (reprodução vegetativa ou acasalamento para produzir novos organismos com a transferência de informação genética de uma geração para outra) e evolução (mudança genética ao longo do tempo características da população).
A lógica dessas listas pode ser facilmente refutada. Ninguém jamais conseguiu compilar tal conjunto de propriedades físicas em que todas as coisas vivas são combinadas e tudo o que chamamos de inanimado é excluído. Sempre há exceções. Portanto, a maioria das pessoas não considera os cristais vivos, mas eles são altamente organizados e crescem. O fogo também consome energia e aumenta. Por outro lado, bactérias, tardígrados e até mesmo alguns crustáceos podem hibernar por muito tempo e, nessa época, não crescem, não se metabolizam e não se alteram em nada, embora também não possam ser chamados de mortos.
Em que categoria podemos classificar uma folha que caiu de uma árvore? A maioria das pessoas concordaria que uma folha presa a uma árvore está viva. Suas muitas células trabalham incansavelmente para converter a luz solar, dióxido de carbono e água em nutrientes, entre outras coisas. Quando uma folha se desprende de uma árvore, suas células não cessam imediatamente sua atividade. Ele morre quando cai no chão, quando toca o chão ou quando todas as suas células morrem? Se você arrancar uma folha de uma árvore e colocá-la em um meio nutriente no laboratório, onde as células da folha estão cheias e felizes, isso é vida?
Quase todas as características propostas para a vida se enquadram nessa situação. Resposta ao meio ambiente - esta propriedade pertence não apenas aos organismos vivos. Nós inventamos inúmeras máquinas que fazem o mesmo. E mesmo a reprodução não é uma característica definidora da vida. Em muitos casos, um animal individual não consegue se reproduzir sozinho.
Acontece que dois gatos estão vivos, porque juntos eles podem dar à luz novos gatos, e um não, uma vez que ele não pode se reproduzir sozinho e transmitir seus genes. Lembre-se também da imortal água-viva turritopsis nutricula, que pode retornar indefinidamente do estágio "adulto" da água-viva para o estágio "infantil" do pólipo. Não reproduz a prole, não se reproduz vegetativamente e nem mesmo envelhece da maneira tradicional - no entanto, a maioria das pessoas concordaria que esta água-viva está viva.
E a evolução? A capacidade de armazenar informações em moléculas de DNA e RNA, transmitir essas informações aos descendentes e se adaptar às mudanças nas condições ambientais, alterando a informação genética - é claro, não apenas os seres vivos possuem esses talentos. Muitos biólogos se concentraram na evolução como uma característica chave e distintiva da vida.
No início dos anos 1990, Gerald Joyce do Scripps Research Institute fazia parte de um grupo consultivo de John Rummel, que na época era chefe do programa de biologia extraterrestre da NASA. Durante as discussões sobre as melhores maneiras de encontrar vida em outros mundos, Joyce e seus colegas criaram uma definição de vida muito popular hoje: um sistema independente capaz de evolução darwiniana. A definição é clara, concisa e abrangente. Mas isso funciona na prática?
Vamos ver como essa definição se aplica aos vírus, que mais do que tudo complicam a busca por uma definição de vida. Os vírus são, na verdade, fitas de DNA ou RNA embaladas em uma capa protéica. Eles não têm células, nem metabolismo, mas têm genes e podem se desenvolver. No entanto, como Joyce explica, para se tornar um "sistema autocontido", um organismo deve conter todas as informações necessárias para reproduzir a evolução darwiniana. Ele afirma que, por causa dessa condição, os vírus não se enquadram na definição de trabalho. Afinal, o vírus deve invadir a célula e capturá-la para se reproduzir. “O genoma viral só se desenvolve dentro da célula hospedeira”, disse Joyce em uma entrevista recente.
Tardígrado
Mas quando você pensa sobre isso, a definição de trabalho da NASA não é melhor para capturar a ambiguidade de um vírus do que qualquer outra definição proposta. O verme parasita que vive no intestino humano, que muitos consideram uma forma de vida nojenta, mas bastante real, possui toda a informação genética necessária para a reprodução. Mas o parasita não pode se reproduzir de forma alguma sem células e moléculas no intestino humano, das quais rouba a energia necessária para a sobrevivência. Da mesma forma, um vírus possui todas as informações genéticas de que precisa para se reproduzir, mas carece da maquinaria celular necessária. A alegação de que a situação com o verme parasita é radicalmente diferente da situação com o vírus é um argumento bastante fraco.
Tanto o worm quanto o vírus se multiplicam e se desenvolvem apenas dentro de seu "hospedeiro". Na verdade, o vírus se replica com muito mais eficiência do que o worm. O vírus entra em ação imediatamente e só precisa de algumas proteínas dentro do núcleo da célula para começar a se multiplicar em grande escala. E o parasita precisa de um órgão inteiro de outro animal para se reproduzir, e o verme só terá sucesso se for capaz de sobreviver até crescer e botar ovos. Portanto, se usarmos a definição de trabalho da NASA para excluir os vírus dos vivos, também temos que excluir todos os outros parasitas maiores, incluindo vermes, fungos e plantas.
Definir a vida como um sistema independente capaz de evolução darwiniana também nos força a admitir que alguns programas de computador também estão vivos. Por exemplo, algoritmos genéticos imitam a seleção natural para encontrar a solução ideal para um problema. Esses bitmaps codificam características e propriedades, evoluem, competem entre si para reprodução e até trocam informações. Da mesma forma, plataformas de software como o Avida criam "organismos digitais" feitos de bits digitais que sofrem mutação da mesma forma que o DNA sofre mutação. Em outras palavras, eles também evoluem. "Avida não é uma simulação de evolução, é um exemplo disso", disse Robert Pennock, da Michigan State University, a Carl Zimmer em seu programa Discover. - Existe um processo de seleção natural. Todos os componentes do processo darwiniano estão presentes lá. Essas coisas se reproduzem, sofrem mutações, competem umas com as outras. Se isso é o principal na definição da vida, então essas coisas também devem ser levadas em consideração."
Eu diria que o próprio laboratório de Joyce desferiu um golpe devastador na definição de vida da NASA. Ele, junto com muitos outros cientistas, dá preferência à teoria da origem da vida chamada de "Mundo do RNA". Toda a vida em nosso planeta depende de DNA e RNA. Nos organismos vivos modernos, o DNA armazena as informações necessárias para criar proteínas e mecanismos moleculares que trabalham juntos para formar uma célula agitada. No início, os cientistas pensaram que apenas proteínas, enzimas, poderiam atuar como um catalisador para a reação química necessária para construir a estrutura celular.
Mas na década de 1980, Tomas Cech e Sidney Altman descobriram que, ao interagir com diferentes enzimas protéicas, muitos tipos de enzimas de RNA, ou ribozimas, lêem a informação codificada no DNA e constroem diferentes partes da célula passo a passo. A hipótese do RNA World afirma que os primeiros organismos em nosso planeta realizaram todas essas tarefas de armazenar e usar informações genéticas exclusivamente com a ajuda do RNA e sem a ajuda do DNA e de todo um conjunto de enzimas protéicas.
Como isso pôde acontecer? É assim que. Cerca de quatro bilhões de anos atrás, os nucleotídeos livres da sopa primordial da terra, que são os blocos de construção do RNA e do DNA, combinados em cadeias cada vez mais longas e com o tempo produziram ribozimas que eram grandes e complexas o suficiente para criar novas cópias de si mesmas. Assim, eles tinham muito mais probabilidade de sobreviver do que aqueles incapazes de reproduzir o RNA. Essas primeiras enzimas envolveram as membranas de automontagem, formando as células iniciais. As ribozimas não apenas criaram mais RNA, mas também puderam ligar nucleotídeos em fitas de DNA. Os nucleotídeos também podem formar DNA espontaneamente.
De qualquer forma, o DNA substituiu o RNA como principal molécula de armazenamento de informações, por ser mais estável. E as proteínas começaram a desempenhar o papel de catalisadores, pois são muito diversas e facilmente adaptáveis. No entanto, as células dos organismos modernos ainda contêm resquícios do mundo do RNA original. Assim, os ribossomos, que são um conjunto de RNA e proteínas que sintetizam proteínas a partir de aminoácidos, são ribozimas. Existe também um grupo de vírus que usa o RNA como principal material genético.
Para testar a hipótese do mundo do RNA, Joyce e outros tentaram criar os tipos de ribozimas autorreplicantes que poderiam ter existido na sopa primordial da Terra. Em meados dos anos 2000, Joyce e Tracey Lincoln criaram trilhões de sequências de RNA aleatórias e não relacionadas em laboratório, semelhantes aos primeiros RNAs que podiam competir uns com os outros bilhões de anos atrás.
Além disso, eles criaram sequências isoladas que mostraram acidentalmente a capacidade de conectar dois outros pedaços de RNA. Ao opor essas sequências uma à outra, esse par acabou produzindo duas ribozimas que poderiam se reproduzir indefinidamente, desde que recebessem nucleotídeos suficientes. Essas moléculas de RNA nuas são capazes não apenas de se reproduzir, mas também de sofrer mutações e evoluir. As ribozimas, por exemplo, alteraram pequenos segmentos de seu código genético para se adaptar às mudanças nas condições ambientais.
“Eles se encaixam na definição profissional de vida”, diz Joyce. "É uma evolução darwiniana independente." No entanto, ele não pode dizer com certeza se as ribozimas estão vivas. Para não se tornar o Doutor Frankenstein, Joyce quer ver como sua criação assume propriedades completamente novas, e não apenas modifica o que ele já sabe fazer. “Acho que o elo que faltava aqui é que as ribozimas precisam ser inventivas, precisam criar novas soluções”, diz ele.
Mas parece-me que Joyce não está fazendo justiça às ribozimas. A evolução é uma mudança genética que ocorre ao longo do tempo. Para ver a evolução em ação, você não precisa esperar que os porcos desenvolvam suas asas e que o RNA se reúna nas letras do alfabeto. A cor dos olhos azuis, que apareceu de 6.000 a 10.000 anos atrás, é apenas outro tipo de pigmento da íris. Este é o mesmo exemplo básico de evolução dos primeiros dinossauros com penas. Se definirmos a vida como “um sistema independente capaz de evolução darwiniana”, então não vejo razão convincente para privar o título de vida de ribozimas ou vírus auto-replicantes. Mas também não vejo razão para uma rejeição completa desta definição de trabalho e todas as outras definições de vida.
Por que é tão difícil definir a vida? Por que os cientistas e pensadores por séculos não foram capazes de encontrar uma propriedade física específica ou um conjunto de propriedades que podem distinguir claramente os vivos dos não vivos? Porque não existem tais propriedades. A vida é um conceito que inventamos. Em seu nível mais básico, toda matéria existente é um conjunto organizado de átomos e suas partículas constituintes. Este é um conjunto incrivelmente complexo que contém coisas como o átomo de hidrogênio elementar e o cérebro mais complexo.
Tentando definir a vida, traçamos arbitrariamente uma linha nesse conjunto complexo e declaramos: tudo que está acima está vivo e tudo que está abaixo não está. Na verdade, essa distinção existe apenas em nossos cérebros. Não existe um limite além do qual um aglomerado de átomos ressuscita repentinamente, não existe uma distinção clara entre vivos e não vivos, não há nenhuma centelha de Frankenstein proverbial. Não podemos dar uma definição de vida, porque não há nada para definir aqui.
Eu nervosamente expliquei essas idéias a Joyce pelo telefone, esperando que ele risse e as chamasse de absurdas. Afinal, foi ele quem ajudou a NASA a desenvolver a definição de vida. Mas Joyce chamou o argumento "ideal" de que a vida é apenas um conceito ou ideia. Ele concorda que definir a vida é, em certo sentido, uma ideia vazia. A definição de trabalho existe simplesmente por conveniência linguística. “Estávamos tentando ajudar a NASA a encontrar vida extraterrestre”, diz ele. "Não poderíamos usar a palavra 'vida' em cada parágrafo sem defini-la."
Carol Cleland, uma filósofa da Universidade do Colorado em Boulder, que passou muitos anos pesquisando tentativas de descrever a vida, também acha errado tentar defini-la com precisão. Mas ela ainda não está pronta para negar a vida em sua realidade física. “Concluir que não existe uma verdadeira natureza da vida é tão prematuro quanto defini-la”, diz ela. "Parece-me que a melhor opção em tais condições é considerar os critérios finais da vida como hipotéticos e especulativos."
O que realmente precisamos, escreve Cleland, é "uma teoria geral da vida suficientemente fundamentada e adequada". Ela faz comparações com químicos do século XVI. Antes que os cientistas percebessem que o ar, a sujeira, os ácidos e todos os produtos químicos são compostos de moléculas, eles não podiam definir a água. Eles poderiam listar suas propriedades - úmida, transparente, sem gosto, congela, pode dissolver muitas outras substâncias - mas não foram capazes de caracterizá-la com precisão até que os pesquisadores descobriram que a água é dois átomos de hidrogênio em conjunto com um átomo de oxigênio.
Salgado, sujo, tingido, líquido, congelado - a água é sempre H2O. Pode conter outros elementos como uma impureza, mas os três átomos que constituem o que chamamos de água estão sempre presentes nela. O ácido nítrico pode se parecer com água, mas não é água, porque as duas substâncias têm estruturas moleculares diferentes. Um tamanho de amostra muito maior será necessário para criar uma teoria da vida que se encaixe na teoria molecular, diz Cleland. Ela afirma que até agora temos apenas um exemplo do que é a vida - esta é a vida terrena, que é baseada em DNA e RNA. Como você pode criar uma teoria sobre mamíferos observando apenas zebras? É aqui que nos encontramos em nossas tentativas de definir o que torna a vida vida, conclui Cleland.
Grupo de bacteriófagos, vírus que evoluíram
Eu discordo dela. Claro, a descoberta de amostras de vida extraterrestre em outros planetas irá expandir nossa compreensão de como funciona o que chamamos de organismos vivos e, acima de tudo, como eles evoluíram. Mas é improvável que tais descobertas nos ajudem a desenvolver uma nova teoria revolucionária da vida. Os químicos do século 16 não sabiam dizer como a água difere das outras substâncias, porque não entendiam sua natureza fundamental: não sabiam que toda substância é composta por um conjunto específico e ordenado de moléculas. E os cientistas modernos sabem exatamente do que são feitas as criaturas em nosso planeta - células, proteínas, DNA e RNA.
A diferença entre as moléculas de água, solo e prata dos gatos, humanos e outros seres vivos não é "vida", mas o nível de complexidade. Os cientistas já têm conhecimento suficiente para explicar por que os chamados organismos podem fazer o que a maioria dos não-vivos não pode. Eles sabem como as bactérias fazem novas cópias de si mesmas, como se adaptam rapidamente ao ambiente e por que as pedras não podem. Mas, ao mesmo tempo, eles não podem dizer que o vivo é isso e aquilo, e o inanimado é aquilo e que esse par nunca se unirá.
Reconhecendo a vida como um conceito e ideia, de forma alguma a privamos de seu esplendor inerente. Não se trata da ausência de diferenças materiais entre os vivos e os não vivos. Muito provavelmente, nunca encontraremos uma linha divisória clara entre eles, uma vez que o conceito de vida e não-vida como certas categorias é apenas um conceito, não uma realidade. Tudo o que me fascinou na vida da natureza na infância é igualmente surpreendente agora, mesmo com minha nova compreensão da vida. Acho que essas coisas que chamamos de vida, de fato, unem não apenas algumas propriedades inerentes; pelo contrário, eles estão unidos por nossa compreensão deles, nosso amor por eles e, francamente, nossa arrogância e narcisismo.
Em primeiro lugar, anunciamos que tudo na Terra pode ser dividido em dois grupos - vivos e não vivos, e não é segredo qual grupo consideramos o mais elevado. Além disso, não apenas nos colocamos no primeiro grupo, insistimos que todas as outras formas de vida em nosso planeta deveriam ser julgadas em relação a nós. Quanto mais essa forma se assemelha a nós - quanto mais se move, fala, sente, pensa - mais viva a consideramos. Mas, ao mesmo tempo, um conjunto específico de propriedades e características que fazem de uma pessoa uma pessoa está longe de ser a única maneira (e longe de ser a mais bem-sucedida em termos de evolução) de descrever uma coisa viva.
Na verdade, o que chamamos de vida é impossível sem e inseparável do que consideramos inanimado. Se pudéssemos de alguma forma espiar a essência fundamental de nosso planeta, entender sua estrutura em todos os níveis ao mesmo tempo - do microscópico ao macroscópico, veríamos o mundo como um número incontável de grãos de areia, como uma esfera gigante de átomos trêmula. Uma pessoa pode construir castelos na praia com milhares de grãos de areia quase idênticos, fazer águas-vivas e tudo mais que ela possa imaginar.
Da mesma forma, os incontáveis átomos que compõem tudo em nosso planeta continuamente se reúnem, se desintegram e criam um caleidoscópio de matéria em constante mudança. Várias dessas partículas tornam-se montanhas, oceanos e nuvens; outros produzem árvores, peixes e pássaros. Alguns conjuntos permanecem relativamente imóveis e inertes; outros mudam com velocidade inimaginável e intrigam a complexidade de suas construções. Algo torna o construtor K'Nex e algo gato.
Publicação original: Por que a vida não existe realmente
