A origem da vida

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A origem da vida

  1. 1. A origem da vida A origem da vida Prof. César Milani
  2. 2. BIG BANG Explosão de matéria Há aprox. 14 bilhões de anos Matéria em expansão / “FRAGMENTOS DE UMA BOMBA” Força Gravitacional Aglomeração de matéria / Surgimento do Sol, Terra...
  3. 3. SOL Estrela dentre várias 5 bilhões de anos Aglomeração dos fragmentos em expansão Calor do Sol: H + H He
  4. 4. TERRA Aglomeração da mesma matéria 4,5 bilhões de anos “Bola de Fogo” Aumento de tamanho / Retenção de gases / Atmosfera terrestre primitiva / “HIDROGÊNIO e HÉLIO”
  5. 5. Origem da Vida Teoria da Abiogênese: Criada por Aristóteles (384-322 a. C) ; Afirmava que as espécies surgem por geração espontânea; Os organismos podiam surgir a partir de uma massa inerte segundo um princípio ativo (nascimento de um rato através da combinação de uma camisa suja com um pouco de milho);
  6. 6. Origem da vida Até meados do séc. XIX, acreditava-se que seres podiam surgir espontaneamente da matéria não-viva. Hoje, sabe-se que um ser vivo surge somente através da reprodução. Biogênese versus abiogênese
  7. 7. Origem da vida Defensores da abiogênese Helmont Needham Aristóteles Isaac Newton René Descartes Críticos da abiogênese Redi Joblot Spallanzani Louis Pasteur
  8. 8. Origem da vida Jan Baptista van Helmont(1577-1644) “(...)coloca-se, num canto sossegado e pouco iluminado, camisas sujas. Sobre elas espalham-se grãos de trigo, e o resultado será que, em 21 dias, surgirão ratos.”
  9. 9. Origem da vida Francesco Redi(1626-1697) Um dos primeiros a empregar o método experimental Uma das principais evidências da abiogênese era o aparecimento “espontâneo” de “vermes” em carne podre Hipótese de Redi: “Os seres vermiformes que surgem na carne em putrefação são larvas, um estágio do ciclo de vida das moscas. As larvas devem surgir de ovos colocados por moscas, e não por geração espontânea a partir da putrefação da carne”
  10. 10. Origem da vida Meados do século XVII: descoberta dos micróbios. Reanimação da hipótese da geração espontânea Os abiogenistas achavam que seres tão pequenos e simples como os micróbios não se reproduziam, surgindo por geração espontânea
  11. 11. Origem da vida Louis Joblot(1645-1723) Em 1711, ferveu um caldo nutritivo à base de carne e repartiu-o entre duas séries de frascos: uns abertos e outros tampados com pergaminho Após alguns dias, os frascos abertos estavam repletos de micróbios, enquanto os frascos tampados continuavam inalterados. Conclusão de Joblot: Os micróbios surgiam de “sementes” provenientes do ar, e não por geração espontânea a partir do caldo
  12. 12. Origem da vida John Needham(1713-1781) Hipótese da geração espontânea ganha novo impulso Colocou caldo nutritivo em diversos frascos, fervendo-os por 30 min e tampou os frascos com rolhas Depois de alguns dias, os caldos estavam repletos de micróbios. Argumentou então que os seres presentes nos caldos surgiram por geração espontânea.
  13. 13. Origem da vida Lazzaro Spallanzani(1729-1799) Realizou experimentos semelhantes aos de Needham, mas obteve resultados diferentes As infusões preparadas por Spallanzani, muito bem fervidas e cuidadosamente arrolhadas, continuaram livre de micróbios
  14. 14. Origem da vida Needham versus Spallanzani Argumento de Spallanzani: Needham não ferveu o caldo por tempo suficiente ou não vedou os frascos de forma eficiente Resposta de Needham: A fervura por tempo prolongado destruía a “força vital” presente no caldo François Appert: Aproveitou as experiências de Spallanzani e inventou a indústria de enlatados
  15. 15. Origem da vida Final do século XVIII: descoberta do gás oxigênio e seu papel essencial à vida Novo ponto de apoio para os abiogenistas, que argumentavam que o aquecimento prolongado e a vedação hermética excluíam o oxigênio necessário à geração espontânea e à sobrevivência dos seres.
  16. 16. Origem da vida Nova disputa travada entre biogenistas e abiogenistas Abiogenistas: A presença de ar fresco era fundamental para a geração espontânea da vida Biogenistas: O ar era a fonte de contaminação dos caldos Academia Francesa de Ciências: prêmio para quem apresentasse um experimento definitivo sobre essa questão
  17. 17. Origem da vida Louis Pasteur(1822-1895) Experiência nos Alpes – Pasteur Levou frascos de vidro fechados completamente contendo caldo nutritivo até as altitudes dos Alpes Abriu os frascos para que os caldos ficassem expostos ao ar das montanhas; depois, foram novamente derretidos e fechados De volta ao laboratório, verificou que apenas um 1 dos vinte frascos abertos nas montanhas havia se contaminado
  18. 18. Origem da vida Os frascos com pescoço de cisne: novo experimento Pasteur amoleceu os gargalos no fogo, esticando-os e curvando-os em forma de pescoço de cisne; em seguida ferveu os caldos até que saísse vapor pela extremidade dos gargalos À medida que esfriava, o ar penetrava pelo gargalo, mas as partículas do ar ficavam retidas nas paredes do gargalo em forma de pescoço; Nenhum frasco se contaminou Derrubada definitiva da hipótese da geração espontânea
  19. 19. BIOGÊNESE Pasteur comprovou TODO SER VIVO SE ORIGINA DE OUTRO - reprodução Mas e o primeiro ser vivo????? COMO SABER SUA ORIGEM???
  20. 20. TEORIAS MODERNAS SOBRE A ORIGEM DA VIDA PANSPERMIA E EVOLUÇÃO QUÍMICA Químico ARRHENIUS Proposta inicialmente pelo biólogo THOMAS HUXLEY (1825 – 1895) e retomada na década de 1920 pelo biólogo HALDANE (1862 – 1964) e pelo bioquímico OPARIN (1894 – 1980) IMPORTANTE: AS DUAS TEORIAS NÃO SÃO ANTAGONISTAS
  21. 21. Origem da Vida Teorias Modernas sobre a origem da vida: Teoria da Evolução Química ou Molecular: Admite-se que a vida seja resultado de um processo de evolução química em que compostos inorgânicos se combinaram, originando moléculas orgânicas simples (a.a., açúcares, bases nitrogenadas etc.); Estas, por sua vez, combinaram-se produzindo moléculas mais complexas (proteínas, lipídios, ácidos nucléicos etc.) com capacidade de autoduplicação e metabolismo.
  22. 22. Oparin, (1894 - 1980) TEORIA DA “SOPA PRIMORDIAL” Ou NATURALISTA possuía conhecimentos em geologia, biologia, astronomia e bioquímica. Publicou o livro A Origem da Vida. Por volta de 1930 - cientista russo
  23. 23. Atmosfera primitiva: metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2) e vapor de água (H2O). TEORIA DA “SOPA PRIMORDIAL”
  24. 24. TERRA PRIMITIVA
  25. 25. O coacervado Oparin obteve coacervados ao misturar ácido a uma solução de proteínas em água. O coacervado que tivesse aprisionado proteínas enzimáticas e uma molécula de ácido de nucléico seria considerado o primeiro ser vivo. Ele seria capaz de realizar metabolismo, de reproduzir- se, de apresentar hereditariedade e evoluir
  26. 26. Origem da Vida Numa experiência pioneira, no início dos anos 50, o cientista americano StanleyMiller (07/03/1930–20/05/2007) recriou a provável atmosfera primitiva. Misturou num recipiente hermeticamente fechado hidrogênio (H2), vapor d'água (H2O), amônia (NH3) e metano (CH4).
  27. 27. Origem da Vida
  28. 28. Em 1999, Stanley Miller (na Universidade da Califórnia em San Diego) realizou em um experimento semelhante ao de 1953 (mas com ingredientes diferentes) gerando uma molécula batizada de "PNA" (sigla de ácido nucléico peptídico, em inglês). Outra molécula candidata a precursora do RNA também foi criada artificialmente na Califórnia, pelo Instituto Scripps.
  29. 29. Stanley Miller (na Universidade da Califórnia em San Diego) realizou em um experimento (1953) semelhante ao de Oparin e obteve AMINOÁCIDOS. Poucos anos depois (1957), seguindo a mesma linha, o bioquímico estadunidense Sidney Fox aqueceu uma mistura seca de aminoácidos e constatou a presença de moléculas de natureza proteica (ligações peptídicas) Melvin Calvin, outro cientista norte-americano, realizou experiências, bombardeando os gases primitivos com radiações altamente energéticas e obteve, entre outros, compostos orgânicos do tipo carboidrato.
  30. 30. Origem da Vida Teorias Modernas sobre a origem da vida: Panspermia ou cosmozóica : A ideia surgiu no final do século XIX e início do século XX por Arrhenius (1859-1927) – entre outros; A vida teria surgido de seres vivos ou de substâncias precursoras da vida provenientes de outros locais do cosmos;
  31. 31. TEORIA DA PANSPERMIA Em agosto de 1996 foi encontrado o meteorito ALH84001 (nome: meteorito número 001, coletado em 1984, na região chamada Allan Hills, na Antártica). Este meteorito é um dos 30 meteoritos já coletados na Terra que acredita-se foram arrancados de Marte por colisões de asteroides. Ele mostra traços de hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e depósitos minerais parecidos com os causados por bactérias na Terra 1,9 kg cristalizou-se no magma de Marte há 4,5 bilhões de anos caiu na Antárctica 13 mil anos atrás
  32. 32. O RNA é hoje uma espécie de intermediário entre o DNA e a síntese de proteínas, mas os cientistas acreditam que nem sempre ele teve esse papel secundário. RNA tem uma estrutura semelhante ao DNA, por isso também é capaz de guardar informação genética. Na verdade ele é quem "lê" a informação do DNA e a transporta para sintetizar proteínas. Além disso, ele é capaz de atuar como alguns tipos de enzimas, proteínas que controlam reações químicas da célula No início era DNA ou RNA??
  33. 33. Evolução dos processos energéticos Hipótese heterotrófica: a fonte de alimento desses seres seria constituída de moléculas que se acumulavam nos mares e lagos primitivos. Hipótese autotrófica (Quimiolitoautotróficos): produziam seu alimento a partir da energia liberada por reações químicas (ferro e enxofre) da crosta terrestre. Ideia reforçada pela descoberta de microrganismos que vivem atualmente em locais inóspitos como vulcões e fontes de água quente.
  34. 34. HIPÓTESE HETEROTRÓFICA Alimento escasso / linhagens evoluem para fotossíntese. “não possuiam sistemas evoluídos para processos fotossintéticos”
  35. 35. HIPÓTESE AUTOTRÓFICA É a mais aceita atualmente “QUIMIOLITOAUTOTRÓFICOS” FeS + H2S FeS2 + H2 + ENERGIA “Arqueas “ Não existiam moléculas orgânicas suficientes para sustentar a multiplicação dos 1º seres até o aparecimento da fotossíntese.
  36. 36. ORIGEM DA FOTOSSÍNTESE Sulfobactérias Trocaram H2S (Sulfeto de Hidrogênio) por H2O (abundância) 6 CO2 + 6 H2O 1 C6H12O6 + 6 O2 + ENERGIA Consequência : O2 Metais oxidados, mortes...
  37. 37. RESPIRAÇÃO AERÓBICA Desenvolvimento de sistema antioxidantes Uso do alto poder de oxidação do O2 1 C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + ENERGIA Equilíbrio na Terra: “reagentes e produtos” Aparecimento da camada de O3
  38. 38. HIPÓTESE ENDOSSIMBIÓTICA Célula eucariótica primitiva Englobamento de células procarióticas, mitocôndrias e cloroplastos. Simbiose vantajosa: abrigo e alimento / energia. Relação bem sucedida. EVIDÊNCIAS; Autoduplicação DNA mitocôndrial e cloroplástico
  39. 39. COMO SURGIRAM OS PRIMEIROS MULTICELULARES?? SIMBIÓTICA Diferentes protistas se agregam simbionticamente COLONIAL Após a divisão celular de um protista, suas células permanecem unidas CELULARIZAÇÃO Organismo unicelular multinucleado desenvolve membranas entre os núcleos Simbiose e Celularização trouxeram benefícios....proteção contra predação ou variações do meio ambiente e aumento da aderência ao substrato
  40. 40. Volvox – forma multicelular esférica com 2000 células somáticas flageladas e 16 células reprodutivas Pandorina – forma multicelular esférica com 16 células idênticas Gonium – forma multicelular achatada com 4 a 16 células ciliadas idênticas Pleodorina – forma multicelular esférica com 64 ou 128 células, sendo 24 ou 48 somáticas flageladas ALGAS VERDES UNICELULARES... OS ANCESTRAIS DE FUNGOS E PLANTAS...
  41. 41. Em determinadas condições ambientais, esses protistas se agregam, formando colônias de células idênticas Eucariotos unicelulares (protistas) aquáticos formados por uma célula arredondada com um único flagelo rodeado por uma coroa de cílios COANOFLAGELADOS, OS ANCESTRAIS DOS ANIMAIS...
  42. 42. Há 135 anos, biólogos notaram que células muito semelhantes aos COANOFLAGELADOS faziam parte da estrutura das esponjas... ...e chamaram essas células de COANÓCITO
  43. 43. Uma vez agregadas, as células iniciam um processo de diferenciação, em resposta ao meio ambiente, tornando-se especializadas em determinadas funções...
  44. 44. Nestas diferenciações, surgem grupos de células germinativas e estruturas reprodutivas....
  45. 45. 1) (UFMG) Observe esta figura: É CORRETO afirmar que a presença de lagartas em espigas de milho se deve: a) ao processo de geração espontânea comum aos invertebrados. b) à transformação dos grãos em lagartas. c) ao desenvolvimento de ovos depositados por borboletas. d) ao apodrecimento do sabugo e dos grãos.
  46. 46. 2) (UNIFAL) Do início da vida na Terra, até o aparecimento dos seres vivos atuais, aconteceram vários eventos, como por exemplo: I - formação das primeiras células; II - formação de moléculas orgânicas complexas; III - aparecimento de organismos capazes de produzir alimentos pela fotossíntese; IV - surgimento dos primeiros organismos aeróbicos. Marque a alternativa que indica a ordem mais aceita, atualmente, para o acontecimento desses eventos. a) I - II - IV - III b) II - III - IV - I c) I - IV - III - II d) II - I - III – IV e) II – IV – I - V
  47. 47. (MACKENZIE) I - Segundo a hipótese heterotrófica, os organismos com esse tipo de nutrição foram os últimos a surgir. II - O surgimento dos organismos fotossintetizantes permitiu o aparecimento da respiração aeróbica. III - Sob determinadas circunstâncias, foi possível o surgimento de substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas. IV - O surgimento dos coacervados permitiu que algumas moléculas como o DNA se mantivessem íntegras por mais tempo. Dentre as afirmações acima, relativas à origem dos seres vivos, estão corretas, apenas: a) II, III e IV. b) II e III. c) III e IV. d) I e II. e) I e IV.
  48. 48. ATÉ A PRÓXIMA!!
  49. 49. Origem da vida Argumento de Pasteur: O ar das montanhas continha muito menos “sementes” de organismos microscópicos do que o ar da cidade, onde qualquer frasco aberto sempre se contaminava Na presença de membros da academia, quebrou o gargalo de alguns frascos, expondo os caldos ao ar da cidade; 3 dias depois, todos os frascos haviam sido contaminados Comissão julgadora solicitou mais provas
  50. 50. Origem da Vida Os aglomerados proteicos formadas na primitividade da Terra foram organizados e envoltos por uma película de moléculas de água chamados de Coacervados ou Coacervatos. A partir destas estruturas é que surgiram todos os seres vivos da Terra. “Segundo a proposta evolucionista!”
  51. 51. TEORIA DA PANSPERMIA Estudos realizados sobre o meteorito de nome EETA79001 (de origem provável de Marte), está ainda longe de nos dar resultados conclusivos Já foi comprovada a existência de moléculas orgânicas no espaço. "Panspermia", hipótese segundo a qual as “sementes de vida” são prevalentes em todo o Universo e que a vida na Terra começou quando uma dessas sementes aqui.
  52. 52. O RNA é hoje uma espécie de intermediário entre o DNA e a síntese de proteínas, mas os cientistas acreditam que nem sempre ele teve esse papel secundário RNA tem uma estrutura semelhante ao DNA, por isso também é capaz de guardar informação genética. Na verdade ele é quem "lê" a informação do DNA e a transporta para sintetizar proteínas. Além disso, ele é capaz de atuar como alguns tipos de enzimas, proteínas que controlam reações químicas da célula Bioquímico Leslie Orgel, do Instituto Salk (Califórnia) - fim da década de 60: “caso uma enzima de RNA fosse capaz de se auto-replicar, poderia ao mesmo tempo guardar informação genética e sustentar o metabolismo de um ser vivo - tudo isso sem precisar do DNA e da polimerase. “ Orgel previa um mundo de micróbios de RNA, que só foram desbancados pela seleção natural após surgir o primeiro ser vivo com DNA, molécula muito mais eficaz na tarefa de guardar informação genética No início era DNA ou RNA??
  53. 53. HIPÓTESE HETEROTRÓFICA “Sopas Orgânicas” - Constituição dos seres - Alimento dos seres Fermentação C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 + ENERGIA
  54. 54. HIPÓTESE AUTOTRÓFICA É a mais aceita atualmente “QUIMIOLITOAUTOTRÓFICOS” FeS + H2S FeS2 + H2 + ENERGIA “Arqueas “ FeS e H2S foram substituídos pela H2O / muito abundante na Terra
  55. 55. Origem da Vida Fez passar através dessa mistura fortes descargas elétricas para simular os raios das tempestades ocorridas continuamente na época e obteve então aminoácidos - "tijolos" básicos das proteínas. Outras experiências testaram os efeitos do calor, dos raios ultravioleta e das radiações ionizantes sobre misturas semelhantes à de Miller - todas simulando a atmosfera primitiva. ( SIDNEY FOX 1912 – 1998, OBTEVE MICROESFERAS – BOLSAS COM MEMBRANAS PROTEICAS)

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