Ano VIII
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O mistério da vida
Há beleza e poesia no fato de capim e flores romperem a dureza das cidades, mas que tal imaginar outro cenário? Pense na inóspita região do fundo dos oceanos, um país de águas ferventes, aquecidas e envenenadas constantemente por compostos sulfúricos, o cádmio e o arsênico liberados pelo magma, o coquetel de metais liqüefeitos que jorra das camadas profundas do planeta. A temperatura tão alta – mais de 400 graus -, um ovo poderia ser cozido em segundos e toda a fauna e a flora conhecidas na superfície não resistiriam. Mas acredite: existem micróbios nessa área infernal, formando colônias de estranhos seres que se alimentam de substâncias altamente tóxicas na tênue linha que separa a vida da não-vida. E há surpresas também no outro extremo, nas águas gélidas das regiões polares. Amostras de gelo retiradas do fundo do lago Vostok, na Antártica, revelaram a presença de inúmeros microorganismos, derrubando assim o antigo consenso dos cientistas de que nenhum tipo de vida poderia prosperar em local tão frio e tão carente de nutrientes. A vida é um fenômeno impressionante – e, como veremos, ainda muito misterioso. Após séculos de estudos e centenas de teorias, nenhuma convergência conceitual ou concordância geral sobre sua origem foram estabelecidas no âmbito da ciência, detalhe compreensível face a própria impossibilidade de se reproduzir em laboratório as condições reais da Terra primitiva e de se colocar sob controle eventos que, por enquanto, constituem a substância da especulação filosófica e da religião. "A mais complicada máquina inventada pelo homem não passa de brinquedo diante do mais simples organismo", escreveu o biólogo americano George Wald, laureado com o prêmio Nobel de Medicina, pouco antes de morrer há cinco anos. "A maior dificuldade está na minuciosa ajustagem de uma molécula na outra, proeza que não está ao alcance de nenhum químico". Ainda assim, pesquisas recentes nos campos da biologia e da paleontologia resultaram em descobertas que podem mudar radicalmente tudo o que aprendemos até agora sobre a vida, seu começo e sua razão de ser. Em primeiro lugar, é preciso levar em conta que, a exemplo da matéria inanimada, cujo conhecimento de suas manifestações no mundo subatômico subverteu muitas verdades da física clássica, no século passado, a matéria viva parece reservar surpresas inimagináveis à medida que ampliamos o acesso a suas ocorrências infinitesimais. Nesse caso, as fronteiras do que chamamos vida se alargam e se tornam quase imperceptíveis na direção da substância bruta. Quando falam de microorganismos vivendo sob temperaturas extremas, em regiões abissais, os pesquisadores podem causar impacto, mas na verdade eles ainda estão se referindo a formas de vida superiores, comparadas aos seres que teriam habitado a Terra primitiva. Bactérias e vírus são bem mais complexos e sofisticados do que os chamados archaea (de arcaico), os exemplares vivos mais antigos de que se tem notícia. E estão há anos luz de distância dos sistemas rudimentares que um dia desenvolveram a capacidade de replicação – uma das principais características dos seres vivos - nas entranhas das rochas, segundo as teorias mais recentes. São muitas as definições de vida, a maioria vaga e insuficiente, como a que consta nos dicionários: um conjunto de propriedades graças às quais animais e plantas se mantêm em atividade. Mas o que é mesmo esse evento singular? A vida é um sistema químico auto-sustentado capaz de uma evolução darwiniana, por mutação aleatória, concorda a maioria dos cientistas. Mas esta é também uma explicação limitada, afirma o pesquisador Arnaldo Naves de Brito, do Laboratório Nacional de Luz Síncrotron, em Campinas (SP), atualmente envolvido em um estudo avançado sobre a formação dos "tijolos da vida", os compostos orgânicos mais simples. "É possível que tenha existido uma vida celular primitiva, baseada em proteínas, que ainda não tinha desenvolvido a forma de replicação dos seres vivos atuais, baseada em ácidos nucleicos", diz Arnaldo. "Tais células não teriam sido capazes de uma evolução darwiniana." Nas últimas décadas, seres extremamente simples foram achados em reentrâncias de rochas, em pequenas bolhas de água quente cinco vezes mais salgada que a do mar e em poças de ácidos e metais pesados, inclusive com radiações. E os testes realizados não deixam dúvidas: eles apareceram há pelo menos 4 bilhões de anos, um tempo mais remoto do que o imaginado antes para a origem da vida no planeta. Segundo uma nova teoria formulada pelos pesquisadores William Martin, da Universidade Heinrich-Heine, de Düsseldorf, na Alemanha, e Michael Russel, do Centro de Estudos Ambientais de Glasgow, na Escócia, os seres vivos tiveram o seu ponto de partida em "sistemas inorgânicos" configurados como pequenos compartimentos de rochas com ferro e sulfeto (sal que contém enxofre e sem oxigênio),o que vira de cabeça para baixo boa parte das teorias em uso. Até aqui acreditava-se que a vida teria se iniciado de reações químicas precipitadas pelo calor do sol e por tempestades elétricas na atmosfera primitiva, ainda pobre em oxigênio. O processo teria produzido moléculas simples – principalmente aminoácidos – que constituiram a "sopa primordial" dos oceanos e lagos onde, mais tarde, seriam sintetizadas as proteínas, gorduras e carboidratos dos primeiros seres unicelulares. As moléculas orgânicas, portanto, teriam precedido a formação celular. Mas a teoria de Martin e Russel inverte essa ordem, considerando que "células inorgânicas" antecederam as moléculas orgânicas e incubaram a vida, como sugere os sistemas de ferro e sulfeto. "Confinados nesses compartimentos, os compostos sulfúricos brotados da crosta fundo do mar tornaram-se concentrados e assim puderam acelerar as reações químicas que produziram moléculas complexas, como as proteínas e o material genético," diz Martin. O cientista agora se esforça para recriar essas condições em laboratório. Uma das implicações dessa nova conjetura é que, se ela estiver correta, então é possível a ocorrência de vida em outros planetas onde, aparentemente, a aridez, as temperaturas extremas e a abundância de gases tóxicos sinalizavam o contrário até há pouco. Ela também golpeia, ainda que parcialmente, a idéia de que a vida terráquea originou-se no espaço, tendo sido semeada por meteoritos com germes de seres alienígenas que aqui evoluíram sob novas condições. Na verdade, a hipótese extraterrestre não foi descartada. "Vale a pena lembrar que grande parte da água na Terra veio do espaço, através do bombardeio de meteoritos e cometas há cerca de 4 bilhões de anos", diz Arnaldo. "E junto com a água poderia ter vindo os primórdios dos seres vivos". Além disso, os fragmentos de astros que continuam caindo sobre a Terra apresentam substâncias orgânicas, como aminoácidos e bases nitrogenadas. A maioria dos cientistas, porém, nunca apostou nessa suposição, entre outros motivos, por que o aquecimento de qualquer corpo celeste que entrasse na atmosfera seria tão elevado que destruiria qualquer forma de vida como a conhecemos. O mais provável é que os seres vivos tenham surgido espontaneamente sobre o planeta, por meio da evolução química de substâncias inanimadas, como sugere a viagem retrospectiva proporcionada pelos archaea. A existência dessas criaturas microscópicas foi confirmada, na década passada, durante prospecções realizadas em rochas vulcânicas do estado de Idaho, nos Estados Unidos, e em minas da África do Sul, a mais de 2 400 metros de profundidade. Os archaea compõem um reino biológico próprio, diferente dos das bactérias, classificadas como seres procariontes (organismos formados por uma única célula sem membrana nuclear) e das demais formas vivas, incluindo fungos, plantas e humanos, classificadas como eucariontes (formados por uma ou muitas células providas de membrana nuclear). Eles se alimentam de hidrogênio, compostos sulfúricos, manganês e outros metais pesados e dispensam totalmente a fotossíntese e a luz solar como fonte de energia. "Os archaea prepararam a base da vida, oxidando derivados de enxofre, metano, ferro e outros metais", diz John Baross, da Escola de Oceanografia da Universidade de Washington. Sua descoberta abalou antigas hipóteses, entre as quais a suposição de Charles Darwin e outros pesquisadores de que o ponto de partida da vida se deu na superfície de mares e lagos ricos em nutrientes. A idéia de que a vida brota da matéria inanimada não é exatamente uma novidade. A diferença é que a nova concepção de geração espontânea por evolução parte de um raciocínio bem diverso das fantasias que sustentaram, por mais de 2 200 anos, uma tosca teoria sobre a origem dos seres vivos. De Aristóteles, na Grécia antiga, até a primeira metade do século XIX, imaginou-se que animais complexos, como moscas, sapos e ratos, podiam ser gerados no meio do lixo, da matéria orgânica em decomposição e da lama. No século XVII, o naturalista belga Jan Baptiste van Helmont chegou mesmo a difundir na Europa uma receita para a produção de ratos e escorpiões a partir de uma camisa suada, germe de trigo e queijo. A idéia começou a ruir quando, na mesma época, o italiano Francesco Redi demonstrou em uma experiência simples que larvas de moscas só surgiam em carne podre quando esta ficava exposta a moscas adultas, que ali depositavam seus ovos. A carne acomodada em frascos tampados com gaze jamais geravam larvas, que neste caso apareciam sobre a gaze, onde moscas adultas tinham pousado. Os estudos do químico francês Louis Pasteur sobre bactérias, que deram início à microbiologia, sepultaram a velha crença por volta de 1860. A moderna teoria da geração espontânea começou com algumas pistas levantadas ainda no século XIX, quando algumas substâncias orgânicas, como a uréia, foram sintetizadas pela primeira vez em laboratório. Então, logo surgiu a pergunta óbvia: e se pudéssemos reproduzir as condições ambientais da Terra primitiva não seria possível fabricar moléculas orgânicas complexas, como o fez a natureza? A constatação de que todos os seres vivos possuem os mesmos blocos construtores – açúcares simples, gorduras, 20 tipos de aminoácidos, quatro nucleotídeos de DNA e quatro de RNA – atiçou definitivamente essa idéia, fundamental na hipótese apresentada pelo bioquímico russo Aleksandr Oparin no livro A Origem da Vida, em 1936. De acordo com Oparin, aminoácidos e outros compostos foram produzidos numa atmosfera composta de amônia, metano, hidrogêneo e vapor d´água, em reações catalisadas por radiações ultravioleta e descargas elétricas das tempestades. Tais moléculas, inicialmente precipitadas sobre rochas ardentes, foram depois arrastadas pela chuva para os mares, onde o choque contínuo entre elas deu origem a moléculas maiores (os coacervados) que, por sua vez, em algum momento do processo teriam alcançado a organização necessária para replicar-se. As primeiras moléculas não se dissolveram na água porque, com raríssimas exceções, as moléculas de vida formam colóides, substâncias de lenta dissolução e dispersão devido a um fenômeno de natureza elétrica. Parte da teoria de Oparin foi testada em laboratório, em 1953. Na época, o químico americano Stanley Miller, então estudante na Universidade de Chicago, recriou a provável atmosfera primitiva e, após bombardear a mistura de gases durante uma semana com fortes descargas elétricas, conseguiu produzir aminoácidos. Experiências seguintes testaram também os efeitos do calor e dos raios ultravioletas, mas a sucessão de descobertas e teorias das últimas décadas mostraram que a atmosfera original não era exatamente igual à imaginada por Oparin (não havia nela amônia nem metano) e a conjetura voltou ao saco das versões, apesar de seu peso considerável. Idéias recentes realçam a importância do barro - um elemento presente no relato mitológico da criação, na Bíblia - na consolidação da vida na Terra. A argila seria a chave do mistério de como compostos orgânicos simples saltaram para a condição de material genético auto-replicante, afirma o químico Graham Cairns-Smith, da Universidade de Glasgow. Na verdade, segundo Cairns-Smith, o barro teria sido a primeira substância genética, que ele chama de cristal-gene. Como se sabe, cristais, inclusive os de barro, são auto-replicantes. E se a auto-replicação é um traço fundamental dos seres vivos, então dá para admitir que a vida pode ter recebido um empurrãozinho daquelas substâncias inorgânicas para obter suas primeiras cópias. Alguns biólogos acham que a argila foi o meio onde se formaram moléculas de RNA (o ácido ribonucleico, que transcreve e traduz a informação genética), durante reações que permitiram o aparecimento de ligações simples entre aminoácidos. Suspeita-se que o RNA foi a primeira partícula informacional, anterior ao DNA (ácido desoxirribonucleico), por ser ele dotado de uma importante atividade catalítica: é possível obter-se fitas de RNA idêntico a partir de um molde de RNA e de nucleotídeos. Os genes nus dos primórdios da vida teriam depois se fixado em estruturas maiores, como os coacervados de Oparin. A química do planeta forçou a vida a evoluir ao longo de uma progressão previsível, afirmam agora os cientistas Robert Williams, da Universidade Oxford, na Inglaterra, e João José Fraústo da Silva, da Universidade Técnica de Lisboa. As reações redutivas levaram as células primitivas a extrair hidrogênio da água, liberando o oxigênio e tornando o ambiente mais oxidante, enquanto a amônia se transformava em nitrogênio e metais eram liberados de seus sulfitos. Com isso, tais células se adaptaram ao uso de elementos oxidados e evoluíram para acumular energia por meio da fixação do nitrogênio, com o uso do oxigênio, desenvolvendo, enfim, a capacidade de fotossíntese. Foi a reação da vida ao ambiente oxidado que conduziu o processo de formação de animais e plantas superiores, dizem Williams e Silva. O peróxido de hidrogênio, por exemplo, levou ao surgimento da lignina - substância rica em oxigênio que é o principal constituinte da madeira - e o cobre oxidado dos sulfitos de cobre foi usado pelas células para gerar ligações entre proteínas como o colágeno e a actina, que contribuem para manter os nervos e as células dos músculos em seus lugares. "O acaso pode até conduzir o desenvolvimento das espécies, mas não conduz a evolução em geral", diz Williams. "O que a vida joga fora se torna a coisa que força o passo seguinte em seu desenvolvimento". Quem faz pesquisa de ponta, seja na microbiologia ou na física, não esconde a surpresa diante da precisão matemática dos processos e das convergências que contribuiram para o aparecimento da vida na Terra e, ao que tudo indica, no universo. Pergunte-se ao físico e astrônomo inglês Martin Rees, um dos defensores da tese do multiverso, segundo a qual o nosso é apenas um em uma série incalculável de universos existentes em diferentes dimensões de espaço e tempo. Para Rees, a vida, tal como a conhecemos, só se tornou possível graças à ínfima diferença de 0.001% respeitada pela natureza desde as explosões primordiais do cosmo. Na combustão das estrelas, afirma o astrônomo, quando o hidrogênio e o hélio se fundem, só 0.007 da massa do hélio é transformada em energia - e é isso o que permite a química da vida. Se fossem transformados 0.006 da massa, os dois prótons e dois neutrons que constituem o núcleo desse elemento, fundamental à formação de planetas e seres vivos, não se uniriam e o universo não saberia o que fazer apenas com o hidrogênio. Já se o volume da massa transformada fosse um pouquinho maior - apenas 0.008 - a fusão entre o hélio e o hidrogênio seria tão rápida que nenhum átomo de hidrogênio teria resistido às explosões da época do Big Bang e o aparecimento de sistemas solares e da vida também seria inviabilizado. Outro capricho da natureza a favor da vida é o alvo atual de Arnaldo Naves de Brito, no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron. O cientista brasileiro quer explicar por que todas as moléculas vivas são "canhotas", classificação decorrente da chamada quiralidade - o fato de as moléculas de carbono que constituem os aminoácidos apresentarem-se em duas versões espelhadas. Para entender o que isso significa, basta olhar para as duas palmas das mãos. Elas são praticamente idênticas, exceto pelo detalhe de os polegares apontarem para lados opostos e os demais dedos de uma mão obedecerem a uma formação invertida em relação aos da outra. O enigma é que na Terra primitiva (e também nas experiências de laboratório) os aminoácidos apareceram nas duas formas espelhadas, a canhota e a destra, mas só uma delas é utilizada na composição dos seres vivos. "A origem da vida está intimamente ligada à origem da homoquiralidade molecular, ou seja, ao fato de toda a vida no planeta conter somente aminoácidos canhotos", diz Arnaldo. Vários estudiosos do fenômeno, inclusive Arnaldo, acreditam que o único mecanismo viável para o surgimento da homoquiralidade seria a incidência de um tipo especial de luz - a luz circularmente polarizada (LCP) - que gera um processo de fotólise assimétrica, com destruição preferencial das moléculas "destras". Formas de LCP alcançam a Terra todos os dias, no nascer e no pôr do sol, e está presente na luz síncrotron, espécie de radiação ultravioleta canhota proveniente da explosão de supernovas. Qualquer que venha a ser o desfecho para questões como estas, provavelmente ainda por muito tempo ou, quem sabe?, o tempo todo uma pergunta continuará no ar, à espera de uma resposta entre tantas suposições: por que há vida? Qual o seu propósito? Talvez aquilo que chamamos vida seja o resultado da permanente busca de equilíbrio da natureza, conjeturam o biólogo americano Eric Schneider e seu companheiro na pesquisa de ecossistemas James Kay, um engenheiro de sistemas. Mas não seria a vida algo escancaradamente fora de equilíbrio? Nossas moléculas não se agitam permanentemente nas ondas de calor dos processos químicos? É verdade, mas os seres vivos não são sistemas fechados e interagem com o resto do universo, buscandoa estabilidade. A vida usa qualquer mecanismo à sua disposição para mover-se em direção ao equilíbrio, afirmam Schneider e Kay. E isso inclui a criação de sistemas mais complexos, como plantas e animais superiores. Faz sentido? Pode ser que sim. No entanto, em um campo de estudo naturalmente polêmico, onde dificilmente se encontram duas cabeças pensando na mesma direção, só o tempo pode apontar quem está com a razão. Até lá, cenas singelas como as ervas da Paulista e a flor solitária da Quinta Avenida continuarão sendo bons pretextos para que nos lembremos da imponência da vida e de sua enternecedora beleza. PARA LER MAIS: Na Livraria: Things come to life, Henry Harris, Oxford University Press, Nova York, EUA, 2002 Na Internet: www.ib.usp.br/~crebs/ovet www.icb.ufmg.br/~franc/cool/ciencia/origemdavida.htm http://members.tripod.com/ñetopedia/biolog/origem.htm
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