O que é Biologia

A palavra biologia deriva de duas outras: bio, que significa vida, e logos, que significa estudo. Assim, a biologia significa “estudo da vida”.

A Biologia é uma ciência muito ampla, que se preocupa com o estudo de todos os seres vivos e procura compreender os mecanismos que regem a vida.

O estudo dessa ciência pode ser feito em vários níveis de organização dos seres vivos, desde o átomo até o das relações entre os seres vivos e o mundo não vivo, como resumido no esquema a seguir.

Esquema dos níveis de organização dos seres vivos.
Esquema dos níveis de organização dos seres vivos.

A Biologia também procura explicar o aparecimento das primeiras formas vivas na Terra e como ocorreram, ao longo do tempo, as transformações que deram origem às formas existentes hoje no nosso planeta. Preocupa-se, portanto, com a origem e a evolução dos seres vivos. É importante observar que a evolução é um processo que continua a ocorrer nos dias de hoje.

Uma das áreas da Biologia, a Sistemática, preocupa-se justamente em compreender as relações evolutivas dos seres vivos, agrupando os que apresentam uma história evolutiva em comum. Também é alvo de estudos da Biologia a evolução do ser humano. Quando a espécie humana surgiu na Terra, suas atividades tinham pouco impacto no meio ambiente, mas à medida que foi evoluindo, passou a interferir cada vez mais no meio.

A evolução da espécie humana veio acompanhada de complexa evolução cultural e tecnológica, o que não aconteceu com outras espécies de seres vivos. Nenhuma outra espécie evoluiu de modo que produzisse conhecimentos. Somente o ser humano é capaz de desenvolver, por exemplo, técnicas de melhoramento genético de espécies de interesse comercial que visam à melhoria do cultivo e ao aproveitamento de animais e plantas.

O ser humano já interferiu e continua a interferir profundamente na natureza. Infelizmente, essa interferência tem trazido impactos ambientais cada vez mais preocupantes. A explosão populacional, associada ao aumento do consumo e ao mau uso dos recursos naturais, tem transformado perigosamente o nosso planeta. Produtos químicos lançados de modo indiscriminado no meio têm contaminado o solo, a água, o ar. Como resultado, estamos enfrentando muitos problemas ambientais críticos.

O conhecimento dos princípios biológicos pode ser a chave para a sobrevivência da espécie humana e, obviamente, da vida na Terra.

O entendimento dos princípios biológicos pode nos ajudar a lidar de modo mais inteligente com uma grande quantidade de temas relacionados com o nosso bem-estar. Podemos, por exemplo, cuidar de nossa saúde, adquirindo noções de nutrição e de higiene, desenvolvendo hábitos saudáveis, como o de não fumar e o de não usar outras drogas perniciosas; podemos entender o problema do lixo urbano e contribuir para a sua solução etc. Esses são alguns dos pontos que exemplificam a importância da Biologia em nosso dia a dia. O estudo da Biologia irá também nos mostrar a enorme diversidade de formas vivas que existe no nosso planeta e fazer com que venhamos a respeitar todas elas e nós mesmos.

Estudar Biologia nos ajuda a entender a importância de ter uma vida saudável.
Estudar Biologia nos ajuda a entender a importância de ter uma vida saudável.

As áreas de estudo da Biologia

Existe enorme diversidade de seres vivos em nosso planeta. As técnicas para estudá-los têm sido cada vez mais aprimoradas, gerando não só conhecimentos novos, como também reformulações de conceitos já estabelecidos. Com isso, aumentam a cada dia as informações sobre os seres vivos, resultando na subdivisão da Biologia em áreas de especialização. m cada área, os pesquisadores concentram esforços buscando entender melhor os complexos mecanismos que regem o mundo vivo.

No entanto, é importante frisar que essas subdivisões não são compartimentos estanques, havendo grande inter-relacionamento entre elas. Muitas vezes os conhecimentos de uma área são necessários para a melhor compreensão de certos aspectos de outras áreas, como a Bioquímica e a Biofísica, que necessitam do conhecimento de Química e Física, respectivamente. A Matemática também é muito importante para a Biologia, especialmente em áreas como a Genética, a Evolução e a Ecologia.

Vamos resumidamente mencionar aqui algumas das principais subdivisões da Biologia e seus objetivos de estudo:

  • Anatomia: estuda a estrutura e a forma de tecidos, órgãos e sistemas.
  • Botânica: estuda as plantas.
  • Citologia: estuda a célula, tanto sob o ponto de vista estrutural (morfológico ou anatômico) quanto sob o funcional (fisiológico). A Citologia envolve muitos aspectos de Biologia molecular e de Bioquímica.
  • Ecologia: estuda as relações dos seres vivos entre si e com o meio ambiente.
  • Embriologia: estuda a formação e o desenvolvimento dos organismos.
  • Evolução: estuda os possíveis mecanismos pelos quais os seres vivos sofreram e ainda sofrem modificações, dando origem a espécies novas.
  • Fisiologia: estuda o funcionamento de órgãos e sistemas.
  • Genética: estuda a natureza química do material hereditário, os mecanismos de sua transmissão ao longo das gerações e os modos de ação desse material.
  • Histologia: estuda os tecidos sob os pontos de vista estrutural e fisiológico.
  • Micologia: estuda os fungos.
  • Microbiologia: estuda os microrganismos.
  • Paleontologia: estuda os fósseis, que são registros da presença de seres vivos em épocas remotas da Terra; eles possibilitam a reconstrução da história da vida no planeta.
  • Protistologia: estuda os protistas.
  • Taxonomia e Sistemática: estudam as prováveis relações de parentesco entre os seres vivos, classificando-os em grupos de acordo com suas semelhanças.
  • Zoologia: estuda os animais.

O método científico

A Biologia, como toda ciência, busca respostas e interpretações para o que ocorre na natureza, ou seja, para os fatos. A própria palavra ciência deriva do latim e significa conhecimento, saber.

Essa busca do saber, do conhecer, entretanto, tem que ser feita com critério, e esse critério é o método científico.

Os cientistas são pessoas que fazem ciência e, como regra, têm grande capacidade de observação e grande desejo de saber o porquê das coisas. São, assim, grandes curiosos da natureza.

Observar é fundamental para se fazer ciência. Os cientistas começam suas investigações dessa maneira. Observam criticamente os fatos e fazem perguntas sobre eles, buscando entendê-los. Depois de feita a pergunta, procuram formular possíveis respostas. Essas respostas são as hipóteses.

Ao formularem uma hipótese, os cientistas procuram reunir várias informações disponíveis sobre o assunto. Uma vez levantada a hipótese, eles fazem uma dedução: preveem o que pode acontecer se a hipótese for verdadeira.

Essa dedução é testada mediante novas observações ou experimentações. Isso permite que se tirem conclusões a respeito das deduções. Se confirmadas, elas são aceitas; se não confirmadas, são rejeitadas e novas hipóteses são formuladas para serem testadas.

Se uma hipótese for confirmada por grande número de experimentações, então ela pode se tornar teoria, embora nunca seja considerada verdade absoluta.

Um aspecto importante da ciência é que os conhecimentos científicos mudam sempre, e com base no método científico novas teorias são formuladas, muitas vezes substituindo outras anteriormente aceitas. Uma teoria pode ser mudada frente a novas descobertas. A teoria é um conjunto de conhecimentos mais amplos que procura explicar fenômenos abrangentes da natureza, como é o caso da Teoria da Gravitação Universal, que procura explicar os movimentos dos corpos celestes com base na força da gravidade.

Um importante biólogo americano, Stephen J. Gould (1941-2002) escreveu: “Os fatos são os dados do mundo. As teorias são estruturas que explicam e interpretam os fatos. Os fatos continuam a existir enquanto os cientistas debatem teorias rivais para explicá-los. A Teoria da Gravitação Universal de Einstein tomou o lugar da de Newton, mas as maçãs não ficaram suspensas no ar, aguardando o resultado”.

Sobre método científico, leia também: Etapas do método científico e O método científico no cotidiano.

O objeto de estudo da Biologia: os seres vivos

Biologia é o estudo da vida. Mas o que é vida?

Definir vida não é tão simples, mas podemos definir o que é um ser vivo. Assim, a Biologia passa a ser a ciência qe estuda os seres vivos.

Várias são as listas de características que os cientistas apresentam para definir um ser vivo, e essas listas muitas vezes diferem entre si.

Uma caracterização mais geral tem sido feita por alguns pesquisadores:

Caracterização dos seres vivos.Podemos usar essa caracterização mais geral ou adotar uma das listas de características, como a seguinte. Os seres vivos:

  • são formados por uma ou mais células;
  • podem se reproduzir;
  • podem apresentar crescimento;
  • possuem metabolismo (conjunto de reações químicas que ocorrem no corpo dos seres vivos e que são responsáveis pela transformação e utilização da matéria e da energia);
  • respondem a estímulos do meio;
  • evoluem;
  • possuem composição química do corpo com predominância dos elementos químicos hidrogênio (H), oxigênio (O), carbono (C) e nitrogênio (N). Esses elementos formam moléculas complexas chamadas moléculas orgânicas.

A associação entre o hidrogênio, o oxigênio e o carbono forma os carboidratos (como a glicose e o amigo) e os lipídios (como as gorduras); a associação entre o hidrogênio, o oxigênio, o carbono, o nitrogênio e outros elementos químicos origina as proteínas e os ácidos nucleicos.

Existem dois tipos de ácido nucleico: o DNA (ácido desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico). Os ácidos nucleicos contêm as informações genéticas responsáveis pelas características dos seres vivos, desde os estruturalmente mais simples até os mais complexos.

Na matéria não viva, os elementos químicos mais abundantes estão representados pelo oxigênio (O), pelo silício (Si) e pelo alumínio (Al).

Os elementos presentes na matéria não viva podem se organizar, mas não chegam a formar moléculas tão complexas como as moléculas orgânicas que ocorrem nos seres vivos. Além dessas substâncias orgânicas, nos seres vivos existem substâncias chamadas inorgânicas, representadas principalmente pela água e pelos sais minerais. Essas substâncias também estão presentes na matéria não viva.

A origem dos seres vivos

Passaremos a comentar, agora, a origem de nosso objeto de estudo: os seres vivos. Para isso, precisamos entender como deve ter sido o nosso planeta desde a sua formação.

Reconstituição artística da provável condição do ambiente da Terra há cerca de 4 bilhões de anos.
Reconstituição artística da provável condição do ambiente da Terra há cerca de 4 bilhões de anos.

A Terra formou-se há cerca de 4,5 bilhões de anos. Sua superfície inicialmente era constituída por magma quente. As rochas teriam se formado a seguir, com o resfriamento da superfície do nosso planeta. As rochas mais antigas de que se tem conhecimento datam de 3,9 bilhões de anos e nelas não se encontram registros de vida.

Os primeiros indícios da existência de seres vivos em eras geológicas passadas datam de 3,5 bilhões de anos. Um bilhão de anos teriam se passado desde a origem do nosso planeta. Durante esse período, modificações importantes teriam surgido nas condições ambientais, possibilitando o aparecimento da vida.

Como teria sido, então, a origem dos primeiros seres vivos e como teriam esses seres evoluído e gerado a imensa diversidade de formas vivas que habitam hoje o nosso planeta?

Responder a essa questão não é simples, pois não é possível retroceder no tempo e ver como a vida se originou.

Desde a Antiguidade essa questão preocupa o ser humano. Vamos ver nos tópicos a seguir, como os cientistas interpretaram e até hoje procuram interpretar a origem da vida.

Geração espontânea ou abiogênese

Até meados do século XIX os cientistas acreditavam que os seres vivos eram gerados espontaneamente a partir de matéria bruta. Acreditavam que vermes surgiam espontaneamente do corpo de cadáveres em decomposição: que rãs, cobras e crocodilos eram gerados a partir do lodo dos rios.

Essa interpretação sobre a origem dos seres vivos ficou conhecida como hipótese da geração espontânea ou da abiogênese (a = prefixo de negação, bio = vida, genesis = origem; origem da vida a partir da matéria bruta).

Pesquisadores passaram, então, a contestar a hipótese da geração espontânea, apresentando argumentos favoráveis à outra hipótese, a da biogênese, segundo a qual todos os seres vivos originam-se de outros seres vivos preexistentes.

Biogênese versus abiogênese

Os experimentos de Redi

Francesco Redi.
Francesco Redi.

Em 1668, Francesco Redi (1626-1697) investigou a suposta origem de vermes em corpos e decomposição. Ele observou que moscas são atraídas pelos corpos em decomposição e neles colocam seus ovos. Desses ovos surgem as larvas, que se transformam em moscas adultas. Como as larvas são vermiformes, os “vermes” que ocorrem nos cadáveres em decomposição nada mais seriam que larvas de moscas. Redi concluiu, então, que essas larvas não surgem espontaneamente a partir da decomposição de cadáveres, mas são resultantes da eclosão dos ovos postos por moscas atraídas pelo corpo em decomposição.

Para testar sua hipótese, Redi realizou o seguinte experimento: colocou pedaços de carne crua dentro de frascos, deixando alguns cobertos com gaze e outros completamente abertos. De acordo com a hipótese da abiogênese, deveriam surgir vermes ou mesmo moscas nascidos da decomposição da própria carne. Isso, entretanto, não aconteceu. Nos frascos mantidos abertos verificaram-se ovos, larvas e moscas sobre a carne, mas nos frascos cobertos com gaze nenhuma dessas formas foi encontrada sobre a carne. Esse experimento confirmou a hipótese de Redi e comprovou que não havia geração espontânea de vermes a partir de corpos em decomposição.

Esquema dos resultados do experimento de Redi.
Esquema dos resultados do experimento de Redi.

Os experimentos de Redi conseguiram reforçar a hipótese da biogênese até a descoberta dos seres microscópicos, quando uma parte dos cientistas passou novamente a considerar a hipótese da abiogênese para explicar a origem desses seres. Segundo esses cientistas, os microrganismos surgem espontaneamente em todos os lugares, independentemente da presença de outro ser vivo. Já outro grupo de pesquisadores não aceitava essas explicações. Para eles os microrganismos somente surgiam a partir de “sementes” presentes no ar, na água ou no solo. Essas “sementes”, ao encontrarem locais adequados, proliferavam (interpretação coerente com a hipótese da biogênese).

Os experimentos de Needham e Spallanzani

John T. Needham.
John T. Needham.

Em 1745, o cientista inglês John T. Needham (1713-1781) realizou vários experimentos em que submetia  à fervura fracos contendo substâncias nutritivas. Após a fervura, fechava os frascos com rolhas e deixava-os em repouso por alguns dias. Depois, ao examinar essas soluções ao microscópio, Needham observava a presença de microrganismos.

A explicação que ele deu a seus resultados foi de que os microrganismos teriam surgido por geração espontânea. Ele dizia que a solução nutritiva continha uma “força vital” responsável pelo surgimento das formas vivas.

Lazzaro Spallanzani.
Lazzaro Spallanzani.

Posteriormente, em 1770, o pesquisador italiano Lazzaro Spallanzani (1729-1799) repetiu os experimentos de Needham, com algumas modificações, e obteve resultados diferentes.

Spallanzani colocou substâncias nutritivas em balões de vidro, fechando-os hermeticamente. Esses balões assim preparados eram colocados em caldeirões com água e submetidos à fervura durante algum tempo. Deixava resfriar por alguns dias e então ele abria os frascos e observava o líquido ao microscópio. Nenhum organismo estava presente.

Spallanzani explicou que Needham não havia fervido sua solução nutritiva por tempo suficientemente longo para matar todos os microrganismos existentes nela e, assim, esterilizá-la. Needham respondeu a essas críticas dizendo que, ao ferver por muito tempo as substâncias nutritivas em recipientes hermeticamente fechados, Spallanzani havia destruído a “força vital” e tornado o ar desfavorável ao aparecimento da vida. Nessa polêmica, Needham saiu fortalecido.

Os experimentos de Pasteur

Louis Pasteur.
Louis Pasteur.

Somente por volta de 1860, com os experimentos realizados por Louis Pasteur (1822-1895), conseguiu-se comprovar definitivamente que os microrganismos surgem a partir de outros preexistentes.

A ausência de microrganismos nos frascos do tipo “pescoço e cisne” mantidos intactos e a presença deles nos frascos cujo “pescoço” havia sido quebrado mostram que o ar contém microrganismos e que estes, ao entrarem em contato com o líquido nutritivo e estéril do balão, desenvolvem-se. No balão intacto, esses microrganismos não conseguem chegar até o líquido nutritivo e estéril, pois ficam retidos no “filtro” formado pelas gotículas de água surgidas no pescoço do balão durante o resfriamento. Já nos frascos em que o pescoço é quebrado, esse “filtro” deixa de existir, e os micróbios presentes no ar podem entrar em contato com o líquido nutritivo, onde encontram condições adequadas para seu desenvolvimento e proliferam.

Os experimentos de Pasteur estão descritos e esquematizados na figura abaixo:

Esquema resumindo as experimentações de Pasteur.
Esquema resumindo as experimentações de Pasteur.

A hipótese da biogênese passou, a partir de então, a ser aceita universalmente pelos cientistas.

Hipóteses sobre a origem da vida

A aceitação da hipótese da biogênese gerou novo questionamento: se todos os seres vivos surgem de outro preexistente, como surgiu o primeiro?

Para responder a essa pergunta, temos de retomar a historia da evolução de nosso planeta, contada de modo resumido anteriormente. Nosso planeta não surgiu apresentando as mesmas condições ambientais que temos hoje, mas sim condições muito distintas. Segundo os registros encontrados nas rochas, foram necessários cerca de 1 bilhão de anos para que as condições ambientais se tornassem propicias ao aparecimento da vida.

Como, então teriam surgido os primeiros seres vivos nas condições ambientais de nosso planeta há cerca de 3,5 bilhões de anos?

Pelo menos três possibilidades têm sido levantadas para responder a essa pergunta:

Origem extraterrestre (panspermia)

Os seres vivos não se originaram na Terra, mas em outro planeta, e foram trazidos para cá por meio de esporos ou formas de resistência, aderidos a meteoritos, que caíram e continuam a cair em nosso planeta.

Essa hipótese não é muito esclarecedora, pois, se a vida não se formou na Terra, mas em outro planeta, como foi que surgiu a vida nesse outro planeta? Continuamos sem resposta.

Nos meteoritos que caem atualmente na superfície terrestre, têm sido encontradas algumas moléculas orgânicas, indicando que a formação dessas moléculas no Universo é mais comum do que se imaginava. Isso pode nos dar um indicio de que há vida em outros planetas.

Origem por criação divina (criacionismo)

Essa é a mais antiga de todas as ideias sobre a origem da vida e tem um forte cunho religioso, sendo até hoje aceita por fiéis de varias religiões. Essa corrente afirma que os seres vivos foram criados individualmente por uma divindade e que desde então possuem a mesma forma com que foram criados. Eles não mudam ao longo do tempo: é o que se chama de imutabilidade das espécies.

Origem por evolução química

Os cientistas afirmam que a vida deve ter surgido da matéria inanimada, com associação entre as moléculas, formando substâncias cada vez mais complexas, que acabaram se organizando de modo a originar os primeiros seres vivos. Essa hipótese foi inicialmente levantada na década de 1920 por Oparin e Haldane e vem sendo apoiada por outros pesquisadores.

Discutiremos com mais detalhes apenas esta hipótese, também conhecida por hipótese da evolução gradual dos sistemas químicos, que é a mais aceita pelos cientistas.

A hipótese de Oparin e Haldane

Trabalhando independentemente, o cientista russo Aleksander I. Oparin (1894-1980) e o cientista inglês John Burdon S. Haldane (1892–1964) propuseram na década de 1920, hipóteses semelhantes sobre como a vida teria se originado na Terra. Apesar de existirem pequenas diferenças entre as hipóteses desses cientistas, basicamente eles propuseram que os primeiros seres vivos surgiram a partir de moléculas orgânicas que teriam se formado na atmosfera primitiva e depois nos oceanos, a partir de substâncias inorgânicas.

Vamos, de modo simplificado, apresentar uma síntese de dessas ideias: as condições da Terra antes do surgimento dos primeiros seres vivos eram muito diferentes das atuais. As erupções vulcânicas eram muito frequentes, liberando grande quantidade de gases e de partículas para a atmosfera. Esses gases e partículas ficaram retidos por ação da força da gravidade e passaram a compor a atmosfera primitiva.

Embora não exista um consenso sobre a composição da atmosfera primitiva, foi proposto no início que, provavelmente, era formada por metano (CH4), amônia (NH3), gás hidrogênio (H2) e vapor d’água (H2O). Não havia gás oxigênio (O2) ou ele estava presente em baixíssima concentração; por isso se fala em ambiente redutor, isto é, não oxidante. Nessa época, a Terra estava passando por um processo de resfriamento, que permitiu o acúmulo de água nas depressões da sua costa, formando os mares primitivos.

As descargas elétricas e as radiações eram intensas e teriam fornecido energia para que algumas moléculas presentes na atmosfera se unissem, dando origem a moléculas maiores e mais complexas: as primeiras moléculas orgânicas. É importante lembrar que na atmosfera daquela época, diferentemente do que ocorre hoje, não havia o escudo de ozônio (O3) contra as radiações, especialmente a ultravioleta, que, assim, atingiam a Terra com grande intensidade.

As moléculas orgânicas formadas eram arrastadas pelas águas das chuvas e passavam a se acumular nos mares primitivos, que eram quentes e rasos. Esse processo, repetindo-se ao longo de muitos anos, teria transformado os mares primitivos em verdadeiras “sopas nutritivas”, ricas em matéria orgânica. Essas moléculas orgânicas poderia ter-se agregado, formando coacervados, nome derivado do latim coacervare, que significa formar grupos. No caso, o sentido de coacervados é o de conjunto de moléculas orgânicas reunidas em grupos envoltos por moléculas de água.

Esses coacervados não eram seres vivos, mas uma primitiva organização das substâncias orgânicas em um sistema semi-isolado do meio, podendo trocar substâncias com o meio externo e havendo possibilidade de ocorrerem inúmeras reações químicas em seu interior.

Representação artística da origem dos seres vivos segundo a hipótese da evolução gradual dos sistemas químicos (elementos representados fora de proporção e com cores-fantasia).
Representação artística da origem dos seres vivos segundo a hipótese da evolução gradual dos sistemas químicos (elementos representados fora de proporção e com cores-fantasia).

Não se sabe como a primeira célula surgiu, mas pode-se supor que, se foi possível o surgimento de um sistema organizado como os coacervados, podem ter surgido sistemas equivalentes, envoltos por uma membrana formada por lipídios e proteínas e contendo em seu interior a molécula de ácido nucleico. Com a presença do ácido nucleico, essas formas teriam adquirido a capacidade de reprodução e regulação das reações internas. Nesse momento teriam surgido os primeiros seres vivos que, apesar de muito primitivos, eram capazes de se reproduzir, dando origem a outros seres semelhantes a eles.

O experimento de Miller

A possibilidade de ter ocorrido evolução gradual dos sistemas químicos foi testada pela primeira vez pelo químico americano Stanley L. Miller, em 1953. Na época, Miller trabalhava com Harold C. Urey, na Universidade de Chicago, razão pela qual muitos preferem dizer experimento de Miller-Urey.

Miller construiu um aparelho que simulava as condições da Terra primitiva e introduziu nele os componentes que provavelmente constituíam a atmosfera naquela época: amônia (NH3), hidrogênio (H2), metano (CH4) e vapor d’água.

Stanley Miller em seu laboratório.
Stanley Miller em seu laboratório.

A água, ao ser fervida, forma vapor e promove a circulação em todo o sistema, em um só sentido. No balão em que se encontra a mistura gasosa ocorrem descargas elétricas, simulando os raios que, na Terra primitiva, deviam ocorrer com frequência. Após as descargas elétricas, os materiais são submetidos a um resfriamento para simular a condensação nas altas camadas da atmosfera, que provoca as chuvas. A parte em U desse sistema simula os mares primitivos, que recebiam as chuvas e os compostos formados na atmosfera.

Esquema do experimento de Miller.
Esquema do experimento de Miller.

Pela análise da água contida nessa parte em U pode-se verificar a formação de moléculas orgânicas, dentre elas alguns aminoácidos, substâncias que formam as proteínas.

A evolução do metabolismo

Analisamos até agora o surgimento das primeiras formas vivas, e você deve ter notado que já mencionamos, para essas formas, algumas características importantes para conceituar um ser vivo. Esses primeiros organismos possuem compostos orgânicos na constituição de seus corpos, são celulares (unicelulares, no caso) e têm capacidade de reprodução.

Não discutimos ainda uma outra característica dos seres vivos: o metabolismo. Vamos, então, analisar como deve ter sido a provável evolução das vias metabólicas nos seres vivos.

Todo o ser vivo precisa de alimentos, que são degradados nos processos metabólicos para a liberação de energia e realização das funções. Esses alimentos degradados também podem ser utilizados como matéria-prima na síntese de outras substâncias orgânicas, possibilitando o crescimento e a reposição de perdas.

Vamos analisar, então, como esses primeiros seres conseguiam obter e degradar o alimento para a sua sobrevivência. Duas hipóteses têm sido discutidas pelos cientistas: a hipótese heterotrófica e a autotrófica.

Hipótese heterotrófica

Segunda essa hipótese, os primeiros organismos eram estruturalmente muito simples, sendo de se supor que as reações químicas em suas células também eram simples. Eles viviam em um ambiente aquático, rico em substâncias nutritivas, mas provavelmente não havia oxigênio na atmosfera, nem dissolvido na água dos mares. Nessas condições, é possível supor que, tendo alimento abundante ao seu redor, esses primeiros seres teriam utilizado esse alimento já prono como fonte de energia e matéria-prima. Eles seriam, portanto, heterótrofos (hetero = diferente, trofos = alimento): organismos que não são capazes de sintetizar seus próprios alimentos a partir de compostos inorgânicos, obtendo-os prontos do meio ambiente.

Os seres capazes de sintetizar seus próprios alimentos a partir de substâncias inorgânicas simples são chamados de autótrofos (auto = próprio, trofos = alimento), como é o caso das plantas.

Uma vez dentro da célula, esse alimento precisa ser degradado. Nas condições da Terra atual, a via metabólica mais simples para se degradar o alimento sem oxigênio é a fermentação, um processo anaeróbio (an = sem, aero = ar, bio = vida). Um dos tipos mais comuns de fermentação é a fermentação alcoólica. O açúcar glicose é degradado em álcool etílico (etanol) e gás carbônico, liberado energia para as várias etapas do metabolismo celular.

Esses organismos começaram a aumentar em número por reprodução. Paralelamente a isso, as condições climáticas da Terra também estavam mudando a ponto de não mais ocorrer síntese pré-biótica de matéria orgânica. Desse modo, o alimento dissolvido no meio teria começado a ficar escasso.

Com alimento reduzido e um grande número de indivíduos nos mares, deve ter havido muita competição, e muitos organismos teriam morrido por falta de alimento. Ao mesmo tempo, teria se acumulado CO2 no ambiente. Acredita-se que nesse novo cenário teria ocorrido o surgimento de alguns seres capazes de captar a luz solar com o auxílio de pigmentos como a clorofila. A energia da luz teria sido utilizada para a síntese de seus próprios alimentos orgânicos, a partir de água e gás carbônico. Teriam surgido assim os primeiros seres autótrofos: os seres fotossintetizantes (foto = luz; síntese em presença de luz), que não competiam com os heterótrofos e proliferaram muito.

Esses primeiros seres fotossintetizantes foram fundamentais na modificação da composição da atmosfera: eles introduziram o oxigênio no ar, e a atmosfera teria passado de redutora a oxidante. Até os dias de hoje, são principalmente os seres fotossintetizantes que matem os níveis de oxigênio na atmosfera, o que é fundamental para a vida no nosso planeta. Em condições de baixa disponibilidade de moléculas orgânicas no meio, esses organismo aeróbios teriam grande vantagem sobre os fermentadores.

Havendo disponibilidade de oxigênio, foi possível a sobrevivência de seres que desenvolveram reações metabólicas complexas, capazes de utilizar esse gás na degradação do alimento. Surgiram, então, os primeiros seres aeróbios, que realizam a respiração. Por meio da respiração, o alimento, especialmente o açúcar glicose, é degradado em gás carbônico e água, liberando muito mais energia para a realização das funções vitais do que na fermentação.

A fermentação, a fotossíntese e a respiração permaneceram ao longo do tempo e ocorrem nos organismos que vivem atualmente na Terra. Todos os organismos respiram e/ou fermentam, mas apenas alguns respiram e fazem fotossíntese.

Hipótese Heterotrófica.Hipótese autotrófica

Alguns cientistas têm argumentado que os seres vivos não devem ter surgido em mares rasos e quentes, como proposto por Oparin e Haldane, pois a superfície terrestre, na época em que a vida surgiu, era um ambiente muito instável. Meteoritos e cometas atingiam essa superfície com muita frequência, e a vida primitiva não poderia se manter em tais condições.

Logo no início da formação da Terra, meteoritos colidiram fortemente com a superfície terrestre, e a energia dessas colisões era gasta no derretimento ou até mesmo na vaporização da superfície rochosa. Os meteoritos fragmentavam-se e derretiam, contribuindo com sua substância para a Terra em crescimento. Um impacto especialmente violento pode ter gerado a Lua, que guarda até hoje em sua superfície as marcas desse bombardeio por meteoritos. Na superfície da Terra a maioria dessas marcas foi apagada ao longo do tempo pela erosão.

A maioria dos meteoritos se queima até desaparecer quando entra na atmosfera terrestre atual e brilha no céu como estrelas cadentes. Nos primórdios, os meteoritos eram maiores, mais numerosos e atingiam a Terra com mais frequência.

Alguns cientistas especulam que os primeiros seres vivos não poderiam ter sobrevivido a esse bombardeio cósmico, e propõem que a vida tenha surgido em locais mais protegidos, como o assoalho dos mares primitivos.

Em 1977, foram descobertas nas profundezas oceânicas as chamadas fontes termais submarinas, locais de onde emanam gases quentes e sulfurosos que saem de aberturas no assoalho marinho. Nesses locais a vida é abundante. Muitas bactérias que aí vivem são autótrofas, mas realizam um processo muito distinto da fotossíntese. Onde essas bactérias vivem não há luz, e elas são a base de uma cadeia alimentar peculiar. Elas servem de alimento para os animais ou então são mantidas dentro dos tecidos deles. Nesse caso, tanto os animais como as bactérias se beneficiam: elas têm proteção dentro do corpo dos animais, e estes recebem alimentos produzidos pelas bactérias.

Fotografia de alguns organismos típicos das fontes termais submarinas: os organismos tubícolas chegam a medir cerca de 1 m de comprimento.
Fotografia de alguns organismos típicos das fontes termais submarinas: os organismos tubícolas chegam a medir cerca de 1 m de comprimento.

A descoberta das fontes termais levantou a possibilidade de que a vida teria surgido nesse tipo de ambiente protegido e de que a energia para o metabolismo dos primeiros seres vivos viria de uma mecanismo autotrófico denominado quimiossíntese. Alguns cientistas acreditam que os primeiros seres vivos foram bactérias, que obtinham energia para o metabolismo a partir da reação entre substâncias inorgânicas, como fazem as bactérias encontradas atualmente nas fontes termais submarinas e em outros ambientes muito quentes (com cerca de 60 a 105 °C) e sulfurosos. Segundo essa hipótese, parece que toda a vida que conhecemos descende desse tipo de bactéria, que devia ser autotrófica.

Os que argumentam a favor dessa hipótese baseiam-se em evidências que sugerem abundância de sulfeto de hidrogênio (gás sulfídrico, H2S, que tem cheiro de ovo podre) e compostos de ferro na Terra primitiva. As primeiras bactérias devem ter obtido energia de reações que tenham envolvido esses compostos para a síntese de seus componentes orgânicos.

Algumas bactérias que vivem atualmente em fontes quentes e sulfurosas podem realizar a reação química a seguir, que, segundo a hipótese autotrófica, pode ter sido a reação fundamental fornecedora de energia para os primeiros seres vivos:

Reação fundamental fornecedora de energia.A energia liberada por essas reação pode ser usada pelas bactérias para a produção de compostos orgânicos essenciais para a vida, a partir de CO2 e H2O.

Assim, segundo essa hipótese, a quimiossíntese – um processo autotrófico – teria surgido primeiro. Depois teriam surgido a fermentação, a fotossíntese e finalmente a respiração.

Os debates sobre origem da vida  são apaixonantes e existem opiniões diversas. Algumas foram aqui apresentadas e, dentre elas, a hipótese mais aceita sobre a evolução do metabolismo ainda é a heterótrofa, embora a hipótese autótrofa venha ganhando cada vez mais força.

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