- Parte dois: Uma divisão nas fileiras dos cientistas -
- Parte três: em busca do primeiro replicador -
- Parte quatro: a energia dos prótons -
- Parte cinco: então como você cria uma célula? -
- Parte Seis: A Grande Unificação -
Hoje, a vida conquistou cada centímetro quadrado da Terra, mas quando o planeta se formou, era uma pedra morta. Como e quando ocorreu a transição marcante? Como a vida começou? Dificilmente se pode pensar em uma questão mais séria, grande e complexa. Ao longo da maior parte da história humana, ninguém duvidou que isso fosse assunto dos deuses. Qualquer outra explicação era impensável.
Não mais. Ao longo do século passado, muitos cientistas tentaram descobrir onde a primeira vida poderia começar. Eles até tentaram recriar o momento da Criação em seus laboratórios: criar uma vida completamente nova a partir do zero. Até agora, ninguém conseguiu, mas percorremos um longo caminho. Hoje, muitos cientistas que estudam a origem da vida estão confiantes de que estão no caminho certo - e têm experiências que sustentam sua confiança nisso.
Esta é a história de nossos esforços para descobrir nossas verdadeiras origens. É uma história de obsessão, luta e criatividade brilhante que levou a algumas das maiores descobertas da ciência moderna. O desejo de compreender as origens da vida enviou homens e mulheres aos mais remotos cantos do nosso planeta. Alguns estudiosos foram considerados demônios na carne, enquanto outros continuaram a trabalhar sob o domínio de governos totalitários brutais.
Esta é a história do nascimento da vida na Terra.
Na verdade, os dinossauros viveram não há muito tempo.
A vida é velha. Os dinossauros - as criaturas extintas mais famosas - surgiram há 250 milhões de anos. Mas a vida começou muito, muito antes.
O registro fóssil mais antigo conhecido tem cerca de 3,5 bilhões de anos, 14 vezes mais que os dinossauros mais antigos. Mas o registro fóssil pode nos levar ainda mais longe. Por exemplo, apenas em agosto de 2016, os cientistas descobriram micróbios fossilizados com 3,7 bilhões de anos.
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Esses padrões ondulados podem ter 3,7 bilhões de anos
A própria Terra não é muito mais velha, tem 4,5 bilhões de anos.
Supondo que a vida tenha se originado na Terra - o que parece razoável, visto que ainda não a encontramos em outro lugar - então isso deve ter acontecido no bilhão de anos decorridos entre a formação da Terra e o aparecimento dos fósseis mais antigos conhecidos.
Reduzindo o intervalo de vezes em que a vida pode ter aparecido, podemos fazer suposições fundamentadas sobre como ela aconteceu.
A árvore da vida: a maioria das bactérias e arquéias
Desde o século 19, os biólogos sabem que todas as coisas vivas são feitas de "células": pequenos sacos de matéria viva que vêm em todas as formas e tamanhos. As células foram descobertas pela primeira vez no século 17, graças à invenção dos primeiros microscópios, mas demorou mais de cem anos para perceber que eram a base de toda a vida.
Você certamente não se parece com um peixe-gato ou um tiranossauro, mas um microscópio mostrará que você é feito quase das mesmas células. Como plantas e cogumelos. Mas até agora, a forma de vida mais numerosa são os microorganismos, consistindo em uma célula. As bactérias são o grupo mais famoso e podem ser encontradas em toda a Terra.
Em abril de 2016, os cientistas apresentaram uma versão atualizada da "árvore da vida": em certo sentido, a árvore genealógica de todas as espécies vivas. Quase todos os ramos são bactérias. Além disso, a forma desses ramos sugere que as bactérias eram o ancestral comum de toda a vida. Em outras palavras, todos os seres vivos - incluindo você - vieram das bactérias.
Acontece que podemos definir com mais precisão o problema da origem da vida. Usando apenas materiais e condições que existiam na Terra há 3,5 bilhões de anos, devemos fazer uma célula.
Será muito difícil?
Célula viva inteira
Primeiros experimentos
Ao longo da maior parte da história, ninguém considerou necessário perguntar como surgiu a vida, pois a resposta parecia óbvia. Até 1800, a maioria das pessoas acreditava no "vitalismo". Esta é uma ideia intuitiva de que os seres vivos são dotados de uma propriedade mágica especial que os distingue dos objetos inanimados.
O vitalismo costuma ser associado a crenças religiosas. A Bíblia diz que Deus usou o "fôlego de vida" para reviver o primeiro povo, e a alma imortal é uma forma de vitalismo.
Só existe um problema. Vitalismo é um absurdo completo.
No início do século 19, os cientistas descobriram várias substâncias que pareciam únicas à vida. Um desses compostos foi a uréia, encontrada na urina e excretada em 1799. Só isso ainda se encaixa no conceito de vitalismo. Apenas os seres vivos eram capazes de produzir esses produtos químicos, então eles aparentemente eram carregados com energia vital e isso os tornava especiais.
Mas em 1828, o químico alemão Friedrich Wöhler descobriu uma maneira de fazer uréia a partir de um produto químico comum, o cianato de amônio, que não tinha nenhuma conexão óbvia com seres vivos. Outros seguiram o exemplo, e logo ficou claro que os produtos químicos da vida podiam ser feitos de produtos químicos mais simples que não tinham nada a ver com a vida.
Friedrich Wöhler, químico alemão
Foi o fim do vitalismo como conceito científico. Mas as pessoas acharam difícil abandonar essa ideia. Para muitas pessoas, parecia que dizer que não havia nada de "especial" nas substâncias químicas da vida era como tirar sua magia da vida, tornando-a mecânica ou sem alma. E, é claro, era contrário à Bíblia.
Até mesmo os estudiosos tentaram salvar o vitalismo. Já em 1913, o bioquímico inglês Benjamin Moore promovia com veemência a teoria da "energia biótica", que era o mesmo vitalismo, mas com um nome diferente. Essa ideia tinha fortes implicações emocionais.
Mesmo hoje, no entanto, essa ideia às vezes surge aqui e ali. Por exemplo, existem muitas histórias de ficção científica em que a "energia da vida" pode ser aumentada ou sugada. Pense na "energia de regeneração" usada pelos Time Lords em Doctor Who. Parece incomum, mas esta é uma ideia muito, muito antiga.
Depois de 1828, no entanto, os cientistas tiveram bons motivos para buscar uma explicação "ímpia" para o primeiro aparecimento da vida. Mas eles não fizeram. Parece que esse assunto precisa ser investigado, mas na verdade o mistério da origem da vida foi ignorado por décadas. Talvez eles ainda estivessem muito apegados ao vitalismo para dar o próximo passo.
Charles Darwin mostrou que toda a vida descendia de um ancestral comum
Em vez disso, o salto gigantesco em biologia no século 19 foi a teoria da evolução desenvolvida por Charles Darwin e outros.
A teoria de Darwin, apresentada em A Origem das Espécies em 1859, explicava como toda essa diversidade de vida poderia ter surgido de um único ancestral comum. Cada espécie individual não foi mais criada por Deus, mas descendeu de um antigo organismo que viveu há milhões de anos: o último ancestral comum universal.
Essa ideia acabou sendo extremamente controversa, novamente porque não se encaixava na Bíblia. Darwin e suas idéias foram atacados por cristãos parcialmente indignados.
A teoria da evolução nada disse sobre como o primeiro organismo apareceu.
Darwin acreditava que a vida apareceu em um "pequeno lago quente"
Darwin sabia que essa era uma questão profunda, mas - talvez temendo novos ataques da igreja - ele ousou discuti-la apenas em 1871. O tom otimista da carta mostra que ele sabia o significado profundo desta questão:
“Mas se (e oh, que grande“se”) pudéssemos imaginar um pequeno lago quente com todos os tipos de amônia e sal fosfórico - com luz, calor, eletricidade - em que um composto de proteína seria quimicamente formado, pronto para passar ainda mais mudanças complexas …"
Em outras palavras, e se já existisse um pequeno corpo de água cheio de compostos orgânicos simples e banhado pela luz do sol? Alguns desses compostos podem se combinar para formar uma substância semiviva, como uma proteína, que pode começar a se desenvolver e se tornar mais complexa.
Essa ideia era superficial. Mas ela formou a base para a primeira hipótese do surgimento da vida.
Curiosamente, essa hipótese surgiu na URSS.
Alexander Oparin viveu e trabalhou na URSS
Na época de Stalin, tudo estava sob o controle do Estado. Mesmo as idéias de pessoas, biólogos, não relacionadas à política comunista. Surpreendentemente, Stalin realmente proibiu os cientistas de estudar genética convencional. Em vez disso, ele promoveu as idéias do fazendeiro Trofim Lysenko, que, em sua opinião, estavam mais de acordo com a ideologia comunista. Cientistas que trabalham na área da genética foram forçados a apoiar publicamente as idéias de Lysenko para não acabar nos campos.
Foi em um ambiente tão repressivo que Alexander Oparin conduziu sua pesquisa no campo da bioquímica. Ele podia trabalhar porque era um comunista devoto: apoiou as idéias de Lysenko e até recebeu a Ordem de Lênin, o maior prêmio da era soviética.
Em 1924, Oparin publicou sua obra A Origem da Vida. Nele, ele delineou sua visão da origem da vida, que era notavelmente semelhante ao pequeno lago quente de Darwin.
Os oceanos se formaram após o resfriamento da Terra
Oparin tentou imaginar como seria a Terra após a formação. A superfície estava escaldante enquanto rochas caíam do espaço. Uma mistura de rochas semi-expandidas contendo uma grande variedade de produtos químicos, incluindo aqueles baseados em carbono.
Por fim, a Terra esfriou o suficiente para que o vapor d'água se condensasse em água líquida e a primeira chuva começou a cair. Ele encheu os oceanos da Terra, que eram quentes e ricos em substâncias químicas carbonadas. O que você precisa para a vida.
No início, vários produtos químicos interagiam entre si para formar muitos novos compostos, alguns dos quais eram complexos. Oparin sugeriu que as moléculas essenciais à vida, açúcares e aminoácidos, poderiam ter se formado nas águas da Terra.
Então, alguns dos produtos químicos começaram a formar estruturas microscópicas. Muitas substâncias orgânicas não se dissolvem na água: por exemplo, os óleos formam uma camada sobre a água. Mas quando algumas dessas substâncias entram em contato com a água, elas formam bolas esféricas de "coacervados" que podem ter até 0,01 centímetros de diâmetro.
Se você olhar os coacervados através de um microscópio, eles se comportam de maneira muito móvel, como células vivas. Eles crescem e mudam de forma, às vezes divididos em duas partes. Eles também podem pegar produtos químicos da água ao redor, então podem acabar com produtos químicos semelhantes à vida. Oparin sugeriu que os coacervados foram os ancestrais das células modernas.
Cinco anos depois, em 1929, o biólogo inglês John Burdon Sanderson Haldane propôs de forma independente ideias muito semelhantes em um pequeno artigo publicado no Rationalist Annual.
Nessa época, Haldane já havia contribuído muito para a teoria da evolução, ajudando a integrar as idéias de Darwin à ciência em desenvolvimento da genética.
Geneticista inglês J. Haldane
Como Oparin, Haldane descreveu como a matéria orgânica pode se acumular na água "até que os oceanos primordiais atingissem a consistência de sopa quente diluída". Isso prepararia o terreno para as "primeiras coisas vivas ou semivivas" que se formaram e terminaram em uma fina película de óleo.
É significativo que, entre todos os biólogos do mundo, apenas Oparin e Haldane chegaram a isso. A ideia de que organismos vivos podem ser formados por meio de reações químicas simples, sem Deus ou mesmo "força vital", era radical. Como a teoria da evolução de Darwin antes dela, também foi um tapa na cara do Cristianismo.
Mas se encaixava perfeitamente no quadro da URSS. O regime soviético era oficialmente ateu e seus líderes apoiavam alegremente qualquer explicação materialista para fenômenos profundos como a vida. Haldane também era ateu e comunista.
“Naquela época, a aceitação ou rejeição de uma ideia dependia principalmente do indivíduo: se ele era religioso, se apoiava ideias de esquerda ou comunistas”, diz o especialista em origem da vida Armen Mulkidzhanian, da Universidade de Osnabruck, na Alemanha. “Na União Soviética, eles foram recebidos com alegria, porque não precisavam de Deus. No mundo ocidental, se você olhar para as pessoas que pensaram nessa direção, todas eram esquerdistas, comunistas e assim por diante."
A ideia de que a vida foi formada em um caldo primordial de matéria orgânica tornou-se a hipótese de Oparin-Haldane. Ela era limpa e convincente, mas havia um problema. Ela não foi apoiada por nenhuma evidência experimental. E assim continuou por quase um quarto de século.
Harold Urey
Na época em que Harold Urey começou a se interessar pelas origens da vida, ele já havia ganhado o Prêmio Nobel de Química de 1934 e ajudado a construir a bomba atômica. Durante a Segunda Guerra Mundial, Yuri trabalhou no Projeto Manhattan, coletando o instável urânio-235 necessário para o núcleo da bomba. Após a guerra, ele lutou para manter a tecnologia nuclear sob controle civil.
Ele também se interessou pela química do espaço, em particular, o que aconteceu durante a formação do sistema solar. Ele deu uma palestra um dia e observou que provavelmente não havia oxigênio na atmosfera da Terra quando ela se formou. Este foi o complemento perfeito para o caldo primário de Oparin e Haldane: produtos químicos frágeis podem ser destruídos pelo contato com o oxigênio.
Um aluno de doutorado chamado Stanley Miller estava na platéia e então abordou Yuuri com uma pergunta: essa ideia pode ser testada? Yuuri estava cético, mas Miller insistiu por conta própria. Então, em 1952, Miller deu início ao experimento mais famoso sobre a origem da vida.
Experiência Miller-Urey
As configurações eram simples. Miller conectou uma série de frascos de vidro e disparou quatro substâncias químicas que poderiam estar presentes na Terra primitiva: água fervente, gás hidrogênio, amônia e metano. Ele então submeteu os gases a repetidos choques elétricos para simular os raios que eram comuns na Terra naquela época.
Miller descobriu que "a água nos frascos tornou-se significativamente mais rosada após o primeiro dia e, no final da semana, a solução estava vermelha e turva". Aparentemente, formou-se uma mistura de produtos químicos.
Depois de analisar a mistura, Miller descobriu que ela contém dois aminoácidos: glicina e alanina. Os aminoácidos são freqüentemente chamados de blocos de construção da vida. Eles são usados para formar proteínas que controlam a maioria dos processos bioquímicos em nossos corpos. Miller construiu dois componentes essenciais da vida a partir do zero.
Os resultados foram publicados na prestigiosa revista Science em 1953. Yuri fez algo muito incomum para cientistas seniores, tirando seu nome de seu trabalho e dando todo o crédito a Miller. Apesar disso, o estudo é frequentemente referido como o experimento Miller-Urey.
Stanley Miller no laboratório
“A força da Miller-Urey é que você pode produzir muitas moléculas biológicas apenas da atmosfera”, diz John Sutherland do Laboratório de Biologia Molecular em Cambridge, Reino Unido.
Os detalhes se mostraram incorretos, pois estudos posteriores mostraram que a atmosfera da Terra primitiva era uma mistura diferente de gases. Mas isso não muda o fato. A experiência foi um sucesso, estimulou a imaginação do público e explodiu em citações.
Após o experimento de Miller, outros cientistas começaram a procurar maneiras de criar moléculas biológicas simples do zero. A solução para o mistério da origem da vida parecia prestes a surgir.
Mas então descobri que a vida era mais difícil do que se pensava. As células vivas não eram apenas sacos de produtos químicos: eram minúsculas máquinas. De repente, construir uma célula a partir do zero mostrou-se muito mais difícil do que os cientistas pensavam.
ILYA KHEL
- Parte dois: Uma divisão nas fileiras dos cientistas -
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- Parte cinco: então como você cria uma célula? -
- Parte Seis: A Grande Unificação -
