O que é vida?

 

Chris Bonato, 2014     gaia@aprendendobiologia.com.br

Esta pergunta tem sido feita por muitos desde sempre. A mania de investigar e procurar explicações para tudo nos mantém na busca de uma resposta. Nos últimos dois séculos o conhecimento se especializou de sorte que cada pensador/cientista paulatinamente reduziu-se aos problemas específicos de seu campo. Mas… sempre existem aqueles que se libertam das amarras e ousam. Ousam pensar sobre tópicos que não são sua “especialidade” mesmo sob o risco de eventualmente dizerem tolices.

Assim, em 1944, um pequeno livro foi lançado, “What is Life?” (O que é Vida?), escrito por um físico teórico austríaco, Erwin Schrödinger, que recebera em 1933 o Premio Nobel de Física por suas contribuições à Mecânica Quântica. Buscava entender como os seres vivos – os quais são sistemas altamente ordenados – “aparentemente” desafiam a segunda lei da termodinâmica – de acordo com a qual, toda a ordem do universo tende à desordem.

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Ao desenvolver seu pensamento lançou a ideia de que os cromossomos (já conhecidos na época), tendo uma estrutura molecular não repetitiva, deveriam possuir uma escrita em código que determinaria o padrão completo de desenvolvimento futuro do indivíduo e de seu funcionamento no estado maduro. A ideia de uma escrita codificada não foi imediatamente absorvida. Mas estes eram anos profícuos em idéias. Entre 1948-50 Norbert Wiener concebeu a cibernética (do grego, pilotar) – ciência da comunicação e do controle em sistemas complexos como animais (incluindo humanos) e máquinas – e John Von Neumann  teorizou sobre sistemas auto-replicativos. Argumentavam que o gene continha informação, constituindo uma espécie de memória que é transmitida. Em 1950 o geneticista Hans Kalmus aplicou o pensamento cibernético à questão da hereditariedade e sugeriu que o gene era uma mensagem de natureza química.

DNA model CSHLDez anos após a proposta original de Schrödinger, Watson e Crick em artigo sobre a estrutura do DNA afirmaram ser plausível concluir que a exata sequência das bases é o código que carrega a informação genética. Em artigo publicado em 2013, Matthew Cobb relata a trajetória das ideias que desembocaram no que entendemos, hoje, do código da vida.

Todavia, o código da vida não define a vida propriamente dita. Voltamos assim à questão inicial: o que é vida?

Quando ouvimos o canto dos pássaros; observamos o desabrochar das flores ou o crescimento do bolor no pão esquecido no armário da cozinha; quando acompanhamos o desenvolvimento de uma mudinha de jabuticaba até transformar-se numa árvore dadivosa, pequena ainda, mas já nos oferecendo seus frutos; quando nos damos conta da variedade de insetos que povoam nossas moradas e da diversidade dos pequenos seres que habitam os jardins; quando observarmos nós mesmos nos transformando, dia após dia, sabemos, imediatamente, o que é vida. Mas é difícil definir.

Vida seria esta multidão de seres que se comunicam, se movimentam, transformam-se e ao mesmo tempo perpetuam-se em diferentes formas capazes de provocar e responder às mudanças do meio povoando toda a crosta terrestre num movimento contínuo e ordenado, constituindo a biosfera.

Lynn Margulis e Dorion Sagan em seu livro “O que é vida?”, escrito meio século depois de Schrödinger, apresentam-nos fantásticas facetas da vida, guiando-nos no “invisível” mundo dos microrganismos, nossas origens. Ao final do cap.1, respondendo a questão dizem: “É um processo material, que peneira a matéria e desliza sobre ela como uma onda estranha e lenta. É um caos artístico controlado, um conjunto de reações químicas desnorteadamente complexo, que produziu há mais de 80 milhões de anos, o cérebro de mamífero que hoje, sob a forma humana, redige cartas de amor e usa computadores de silício para calcular a temperatura da matéria na origem do universo. A vida, além disso, parece estar prestes a perceber, pela primeira vez, seu lugar estranho mas verdadeiro num cosmo em inexorável evolução.”  São nove capítulos inspirados nas diversas manifestações da vida.

É possível que o planeta Terra tenha se formado há 4,6 bilhões de anos a partir de uma nuvem achatada de gás e poeira em órbita ao redor de uma estrela nascente, o Sol. Conforme a poeira da nuvem se agregava formando corpos maiores estes colidiam e originavam milhares de planetoides. Finalmente estabeleceu-se o sistema solar, tal qual conhecemos hoje e que continua em processo dinâmico de transformação, mas que em nossa existência fugaz sequer nos damos conta.

A wanderer danceSeja lá como for, a “poeira estelar” forneceu a química básica para a vida que viria a florescer alguns poucos milhões de anos mais tarde, na Terra, quando o extremo calor arrefecera, a água inundara a superfície e moléculas orgânicas se espalharam na atmosfera e nos mares. Já foram encontrados fósseis de bactérias em rochas sedimentares de 3,5 bilhões de anos. As mudanças geológicas no planeta continuaram ininterruptas sofrendo influencia da vida que se desenvolvia ao mesmo tempo em que a influenciavam. Desta profunda interação, durante os próximos bilhões de anos, moldou-se a Gaia. Pode-se dizer que Gaia seja o acoplamento íntimo da vida, do ar, dos oceanos e das rochas de superfície, num sistema dinâmico autorregulado propício a vida que conhecemos.

A Hipótese da Gaia desenvolveu-se nas décadas de 60-70 e seu criador foi James Lovelock um químico da atmosfera envolvido, naquele momento, num programa de exploração planetária da NASA. Criara um instrumento para medição de gases o qual era muito mais sensível a certos componentes atmosféricos do que os instrumentos então existentes. Ao medir os gases presentes na atmosfera terrestre detectou um percentual de metano, amônia, gases sulfúricos e outros que não deveriam ser detectáveis, naquela proporção, porque são muito reativos com o oxigênio existente. A partir da análise dos dados propôs que a existência daqueles gases, na alta proporção encontrada, só poderia ser explicada considerando-se que eram liberados ordenadamente por seres vivos os quais, ao mesmo tempo, exportavam calor aumentando a entropia cósmica. A teoria da Gaia baseia-se, assim, na profícua interação entre os seres vivos e a Terra influenciando-se mutuamente.

Esta ideia foi apresentada em artigo publicado por Lovelock e Lynn Margulis em 1974 e, em 1979, Lovelock divulgou esta hipótese no livro: “Gaia: uma nova visão da Terra”. Vários livros foram publicados posteriormente. Durante muitos anos as críticas foram imensas e contribuíram para o aperfeiçoamento da hipótese. Atualmente é aceita com restrições. Algumas previsões baseadas nesta teoria se confirmaram. Porque Gaia? Foi sugestão do novelista William Golding, amigo e vizinho de Lovelock, em alusão a deusa Grega da Terra, Gaia.  Apenas uma sugestão poética, sem qualquer vinculação aos deuses.

Nas décadas de 70 e 80, dois cientistas chilenos, Humberto Maturana e Francisco Varela propuseram que a característica fundamental dos seres vivos é a de construírem a si mesmos continuamente. Denominaram esta autoprodução de organização autopoética. Os seres vivos diferem um do outro em relação à estrutura, mas em relação à organização são os mesmos: autopoéticos (fazer a si mesmos). Este fazer a si mesmo é o metabolizar, é a atividade química biológica, é o fluir da energia. É esta capacidade de se sustentar, de se manter, antes de reproduzir e evoluir. A unidade básica dos seres vivos seria a célula, um sistema autopoético. Todos os seres vivos conhecidos dependem de células, compartimentos limitados por membranas estáveis e plásticas funcionando como barreiras e ao mesmo tempo permitindo a troca contínua e rápida de moléculas e íons com outros compartimentos e com o meio.

EscherichiaColi_NIAIDApesar de existirem organismos de uma única célula (unicelulares), como as bactérias, por exemplo, e outros de bilhões de células (multicelulares), como nós mesmos, todas as células são constituídas dos mesmos tipos fundamentais de moléculas orgânicas: ácidos nucleicos, proteínas, carboidratos e lipídios. A variedade de formas e tamanhos é vasta. Especializaram-se desde os primórdios, originaram outras, algumas foram englobadas e deste amálgama novidades se estabeleceram, modificaram-se novamente, perpetuaram-se como linhagens diversas e foram escrevendo a história da vida nestes bilhões de anos em profunda interação com o meio ambiente de sorte a agirem como agentes perturbadores um do outro (vida e meio ambiente) provocando mudanças mútuas as quais, todavia, seriam sempre determinadas pela estrutura do sistema perturbado, na visão de Maturana e Varela.

O conhecimento acerca da origem da primeira célula permanece um mistério, todavia o reconhecimento do DNA (ácido desoxirribonucleico) como uma molécula informacional auto-replicante, central na organização da vida, desencadeou no mundo científico o interesse em destrinchar a exata sequência do DNA em alguns organismos simples, como os vírus e depois as bactérias já estudados em diversos laboratórios.

Em 1977 a sequência completa de um genoma de DNA pertencente ao vírus φX174 (5.386 pares de bases) fora elucidada pela equipe de Sanger, mas a sequência completa do genoma bacteriano de 1.830.140 pares de base (Haemophilus influenza) somente aconteceu em 1995, no The Institute for Genomic Research (TIGR). Logo em seguida foram sequenciados os 16 cromossomos da levedura Sacharomyces cerevisiae num esforço conjunto de vários laboratórios europeus e no ano seguinte o de um organismo termofílico, Methanococcus jannashii, pelo TIGR.

Nesta escalada ininterrupta foram finalmente reveladas as sequências do genoma humano, consequência de um esforço orquestrado de muitos grupos científicos tanto com financiamento público (International Human Genome Sequencing Consortium), como privado (Celera Genomics).

Então, as sequências do genoma humano digitalizadas ganharam o mundo. Todos que se interessavam puderam acessá-las. Os programas de computador para analisá-las aperfeiçoaram-se, tornaram-se mais sofisticados e multiplicaram-se rapidamente transformando-se no elemento chave para o entendimento e manipulação das mensagens codificadas.

Em 2010, quinze nos depois deste “boom” de sequenciamentos, Craig Venter anunciou que finalmente seria possível responder, pelo menos parcialmente, a pergunta feita por Schrödinger em 1944, afirmando: “Life is a DNA software system” (A vida é um sistema programado de DNA). “Se você dá a um organismo um novo software reescrevendo seu genoma você reescreve não apenas o genoma, mas a vida propriamente dita”, assim o DNA seria o programa e a base de toda a vida.  Inerente a esta afirmação está a ideia de que a vida é um processo material feito de átomos e moléculas.

Nesta ocasião o Instituto de Pesquisa JCV (JVCI) havia criado um “organismo parcialmente sintético”: a célula da bactéria Mycoplasma capricolum da qual se retirara o genoma e injetara-se um DNA sintético com 1,08 milhão de pares de bases de Mycoplasma mycoides, sintetizado no laboratório. A célula sintética, denominada Mycoplasma mycoides JCVI-syn1.0, de acordo com a equipe do JCVI, seria uma comprovação de que os genomas podem ser projetados no computador, construídos quimicamente no laboratório e transplantados para o interior de uma célula receptora reproduzindo uma nova célula auto-replicante controlada apenas pelo genoma sintético.

Apesar do DNA ser o “piloto” dos sistemas biológicos atuais, há evidencias de que nem sempre foi assim. Nos primórdios, pequenas moléculas de RNA provavelmente pilotaram a espaçonave da vida. Fitas simples, flexíveis e não muito longas, carregavam informação suficiente para coordenar e executar tarefas específicas. Era o mundo do RNA. Somente depois de alguns milhões de anos seriam substituídos pelo DNA que, hoje, armazena toda informação codificada da célula, inclusive para a síntese dos diversos tipos de RNA que se especializaram em tarefas diversas. Mas tudo isto é outra estória que nos reporta às origens, ao início da vida na Gaia.

E o futuro?

Estradas desconhecidas serão trilhadas no entendimento e utilização de sistemas biológicos sintéticos. Até o momento não foi possível criar uma vida artificial a partir do zero. Mas alguns cientistas têm trabalhado no sentido de obtê-la, montando genomas como Legos que poderiam ser transmitidos e sintetizados em unidades receptoras distantes, um conversor biológico digital. Para Craig Venter, caminhamos – uma longa caminhada – para um mundo sem fronteiras onde a vida assentada sobre ondas eletromagnéticas de informação se moverá a velocidade da luz.

Aguardemos.

Interessante de assistir no youtube a exposição de Craig Venter:  Trinity College Dublin – What is life? A 21st Century Perspective.

Part1  http://www.youtube.com/watch?v=PoYYpY-LQjg

Part 2  http://www.youtube.com/watch?v=U69nwCJxu1k

Part 3 http://www.youtube.com/watch?v=cEjGGfynuIk

Opiniões sobre a vida:

 Freeman Dyson: “…as características primordiais da vida são antes a homeostase que a reprodução, antes a diversidade que a uniformidade, antes a flexibilidade da célula que a tirania do gene, antes a tolerância ao erro do todo que o rigor das partes.” “Sustento que a complexidade de estruturas complicadas quase fortuitas é uma força propulsora da evolução mais importante do que a competição darwiniana de mónadas reprodutoras”. Dyson, discutindo a complexidade da vida em seu livro: O infinito em todas as direções, (1988).

Voltaire: “Mas com que fim o mundo foi criado? – perguntou Cândido. – Para nos irritar – repondeu Martinho.” Diálogo encontrado no livro Candide, escrito por Voltaire em 1758.

Sir Isaac Newton: “The changing of Bodies into Light, and Light into Bodies, is very conformable to the Course of Nature, which seems delighted with Transmutatios.” Em Opticks, 2nd edition (1718), Book 3, Query 30, 349.

Se você estiver interessado nas ORIGENS, dê uma olhadinha nestes links:

De sopa a células. A origem da vida.

Como a vida se originou.

Como a vida começa nos oceanos profundos.

Como a vida veio do mar para a terra

Robinson, R. (2005) -Jump-Starting a Cellular World: Investigating the Origin of Life, from Soup to Networks

Se você estiver interessado na possibilidade de algum tipo de Vida no Cosmos assista o vídeo de Carl Sagan: Life looks for Life.

 

Leituras esclarecedoras:

1 Schrödinger E., (1944). What is life? The physical aspect of the living cell. Cambridge University Press.

2 Wiener, N., (1948).  Cybernetics-Or-Control-and-Communication-in-the-Animal-and-the-Machine. Paris, (Hermann & Cie) & Camb. Mass. (MIT Press). 2nd revised ed. 1961.

3 von Neumann, J.; Burks, A.W., (1966). Theory of Self-Reproducing Automata. University of Illinois Press. Urbana & London.

4 Kalmus, H., (1950). A Cybernetical Aspect of Genetics. J. Hered. 41: 19–22.

5 Watson, J.D., and Crick, F.H.C., (1953). Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid. Nature 171: 964–967.

6 Cobb, M., (2013). 1953: When genes became information. Cell 153 (3): 503-506.

7 Margulis, L. & Sagan, D., (2002). O que é vida? Zahar Ed., Rio de Janeiro, Brasil.

8 Lovelock, J., (2009). The vanishing face of Gaia. Perseus Book.

9 Lovelock, J. & Margulis, L., (1974). Atmospheric homeostasis by and for the biosphere: the Gaia hypothesis”. Tellus. Series A (Stockholm: International Meteorological Institute) 26 (1–2): 2–10.

10 Maturana, H.R. & Varela, F.J., (1998).  The tree of knowledge. The biological roots of human understanding. Shambhala Pulications, Inc. Printed in U.S.A.

11 Sanger, F.; Air, G.M.; Barrell, B.G.; Brown, N.L.; Coulson, A.R.; Fiddes, C.A.; Hutchinson, C.A.; Slocombe, P.M.; Smith, M., (1977). Nucleotide sequence of bacteriophage φX174 DNA. Nature 265 (5596): 687–695.

12 Fleischmann, RD et al., (1995). Whole-genome random sequencing and assembly of Haemophilus influenzae Rd. Science 269 (5223): 496–512.

13 Goffeau, A. et al., (1996). “Life with 6000 Genes”. Science 274 (5287): 546, 563–7.

14 Bult CJ et al., (1996). Complete genome sequence of the methanogenic archaeon, Methanococcus jannaschii., Science 273 (5278): 1058–1073.

15 International Human Genome Sequencing Consortium, (2001). Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409 (6822): 860-921.

16 Venter, J. C.; Adams, M.; Myers, E.; Li, P.; Mural, R.; Sutton, G.; Smith, H.; Yandell, M.; Evans, C.; Holt, R. A.; Gocayne, J. D.; Amanatides, P.; Ballew, R. M.; Huson, D. H.; Wortman, J. R.; Zhang, Q.; Kodira, C. D.; Zheng, X. H.; Chen, L.; Skupski, M.; Subramanian, G.; Thomas, P. D.; Zhang, J.; Gabor Miklos, G. L.; Nelson, C.; Broder, S.; Clark, A. G.; Nadeau, J.; McKusick, V. A.; Zinder, N. (2001). “The Sequence of the Human Genome”. Science 291 (5507): 1304–1351. Bibcode:2001Sci…291.1304Vdoi:10.1126/science.1058040PMID 11181995edit

17 Gibson, DG et al., 2010. Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome. Science, 329 (5987): 52-56.

18 Venter, L.C. (2013) Life at the speed of Light: From the Double Helix to the Dawn of Digital Life, Penguin Group, New York, USA.