ORIGEM DO UNIVERSO, DA TERRA E DA VIDA
Profª. M.Sc. Mary Ann Saraiva
ORIGEM DO UNIVERSO, DA TERRA E DA VIDA (C1:H3/C4:H15) Competência de área 1: Compreender as ciências naturais e as tecnologias a elas associadas como construções humanas, percebendo seus papéis nos processos de produção e no desenvolvimento econômico e social da humanidade. H3 – Confrontar interpretações científicas com interpretações baseadas no senso comum, ao longo do tempo ou em diferentes culturas.
Competência de área 4: Compreender interações entre organismos e ambiente, em particular aquelas relacionadas à saúde humana, relacionando conhecimentos científicos, aspectos culturais e características individuais. H15 – Interpretar modelos e experimentos para explicar fenômenos ou processos biológicos em qualquer nível de organização dos sistemas biológicos.
1. ANALISANDO A ORIGEM DO UNIVERSO
•O UNIVERSO ESTÁ EM EXPANSÃO Déc. de 20 - Georges Lamaître físico e padre belga Teoria do átomo primitivo •1929 e 1931 - Hubble: Lei física do Universo em expansão
Edwin Hubble (1929)
“Quanto mais distante a galáxia, maior sua velocidade de afastamento .” Lei de Hubble:
v Hr
V= velocidade r= distância
H=taxa de expansão
H = 20 km/s por 106 anos-luz
2. A TEORIA DO BIG BANG •13,7 BILHÕES ANOS: BIG BANG Origem do espaço, tempo, matéria e energia
Universo se expandia e temperatura caia • 13,4 BILHÕES ANOS – 3000ºC: ÁTOMOS átomos estáveis: H, He, Li, Be TEORIA DA NUCLEOSSÍNTESE: Fred Hoyle Nas estrelas: ºC externa e F. gravitacional interna CONTRAÇÃO E EXPANSÃO ESTRELAS FORMAÇÃO DE ÁTOMOS PESADOS
3. O BIG BANG E A ORIGEM DA TERRA Big-bang 14 bilhões
Via Láctea 13 bilhões
Sistema Solar 7 bilhões
Planetas Satélites Asteroides cometas
Atração e junção de gases e poeira: ACREAÇÃO
TEORIA NEBULAR
TERRA
4,6 bilhões
- ºC, vulcões, choques de meteoros (troure água) - Atmosfera redutora - não havia oxigênio (O2) nem ozônio (O3); - as erupções vulcânicas expeliam água, CO2 e nitrogênio; o carbono e o nitrogênio reagiam com o hidrogênio formando metano e amônia.
4. BIOGÊNESE X ABIOGÊNESE
A Ciência discute a origem da vida na Terra
4.1. TEORIA DA ABIOGÊNESE •Também conhecida como a Teoria da Geração Espontânea. • Os seres vivos, dentro de determinada circunstâncias, poderiam se originar da matéria não viva.
•ABIOGENISTAS: - Aristóteles (300 a.C.) - Descartes e Isaac Newton (Renascimento) - Helmont (Sec. XVII): receita para fazer ratos - Needham ( Séc XVIII1748) : Força Vital
Teoria que persistiu até o Século XIX
4.2. TEORIA DA BIOGÊNESE A vida surge apenas de outra pré-existente
•BIOGENISTAS: -
Redi ( Séc. XVII - 1668) Joblot (Séc. XVIII – 1711) Spallanzani (Sec. XVIII - 1765 ) Pasteur ( Séc. XIX - 1860)
FRANCESCO REDI, 1668 (BIOGENISTA) Redi era médico e ao ler o poema épico Ilíada, datado do séc. VII e IX a.C., escrito por Homero, ao ler o trecho em que Aquiles teme que o corpo de Pátrocles se torne presa das moscas e pede a Tétis que proteja o corpo de Pátrocles contra os insetos. Assim, para Redi, os gregos antigos já sabiam que os vermes nos cadáveres eram larvas de moscas.
USO DO MICROSCÓPIO (?)
JOBLOT, 1711, BIOGENISTA • FERVEU CALDO NUTRITIVO (carne+ água fervida)
• FRASCO ABERTO (PRESENÇA DE MICRO-ORGANISMOS) • FRASCO FECHADO(AUSÊNCIA DE MICRO-ORGANISMOS)
com pergaminho de pele de animal
ACREDITAVA QUE O AR TINHA “SEMENTES” QUE DAVAM ORIGEM AOS MICRO-ORGANISMOS.
NEEDHAM
1748/1769, abiogenista
Teoria da Força Vital
MICRO-ORGANISMOS
X
SPALLANZANI
1765, biogenista
REFEZ O EXPERIMENTO DE NEEDHAM: - 4 FRASCOS TAMPADOS COM ROLHA. - 4 FRASCOS COM GARGALOS DERRETIDOS AO FOGO (NADA CRESCIA)
TEMPO DE FERVURA E TIPO DE VEDAÇÃO
PASTEUR, 1860, COMPROVA A BIOGÊNESE
Experimento com “Frascos pescoço de Cisne”
VAPOR FILTRA
Se a vida sĂł pode surgir da vida prĂŠ-existente, de onde surgiu o primeiro ser vivo?
5. A ORIGEM DO 1º SER VIVO: Hipótese da Evolução Gradual dos Sistemas Químicos Oparim (1936) e Haldane (1929)
•Atmosfera primitiva CH4, NH3, H2O e H2. •Altas temperaturas •Tempestades com descargas elétricas (raios) •Bombardeamento com Raios Ultravioleta •Formação de aminoácidos nos oceanos. •AA iam para a crosta terrestre e na argila (Fe, Zn) reagiam. •Formou-se coacervados (proteinoides) e depois de milhões de anos, a partir de coacervados, evoluíram os primeiros procariotas.
EXPERIMENTO DE MILLER, 1953
Síntese de aminoácidos, nas condições abióticas propostas para a Terra primitiva
MILLER E A ATUALIDADE • Planetas rochosos como a Terra não podem ter tido uma atmosfera redutora (rica em H2), como a que foi usada no experimento • Os cientistas sugerem que há 4 bilhões de anos a terra tinha uma atmosfera neutra composta de: CO2, CH4, CO e N2. • Com atmosferas neutras, também se obteve moléculas orgânicas. • As condições experimentais de Miller podem ter simulado as condições ambientais em fontes hidrotermais dos oceanos, próximas a vulcões submersos (300-400ºC) ou as fendas oceânicas alcalinas (pH entre 9-11, com 40-90ºC, local mais propício à origem da vida. • Em 2008, cientistas reanalisaram os líquidos de outro experimento de Miller, que simulava erupção vulcânica e detectaram muitos aminoácidos formados sob condições que simulavam erupções vulcânicas.
OUTROS EXPERIMENTOS •Fox – em 1957 Sidney Fox, baseando-se no trabalho de Miller, tentou entender como dos aminoácidos teriam se formado as proteínas. Aqueceu uma mistura de água e aminoácidos e verificou que muitos deles se ligaram, formando moléculas semelhantes as proteínas, denominando-as de microsferas. •Calvin – em 1960 Melvin Calvin fez circular num aparelho semelhante ao de Miller os gases da suposta atmosfera primitiva, obtendo glicídios.
6. FORMAÇÃO DE LIPOSSOMOS E O RNA LIPOSSOMOS: VESÍCULA ABIÓTICA
Autoformação de lipossomos (vesículas) contendo moléculas em seu interior. PROTOBIONTES Na montmorillonita, argila mineral macia produzida pelo encharcamento de cinzas vulcânicas, comum na Terra primitiva. Proporciona uma superfície que concentra moléculas orgânicas
VESÍCULAS: reproduzem-se, crescem e absorvem montmorillonita, incluindo aquelas que RNA e outras moléculas orgânicas se ligaram.
Resultados do experimento da formação abiótica de vesículas (lipossomos)
6.1RNA como primeiro material genético? •RNA: ser material genético ser ribozima fita única: forma tridimensional variada RNA matriz para o DNA
O DNA é mais estável do que o RNA
Há evidências laboratoriais que apoiam o fato do RNA ter sido o primeiro material genético. Veja:
•RNA de diversas sequências foram colocados em tubos de ensaio para se replicarem por si só. As ribozimas replicativas aceleraram a síntese de RNA em 7 milhões de vezes. •No tubo de ensaio verificou-se que uma ribozima pode catalisar a junção de RNAs menores em RNA maiores. •Hoje, a ligação peptídica é catalisada por uma ribozima (está no ribossomo). •Em vírus, a enzima transcriptase reversa catalisa a síntese de DNA a partir de RNA.
ESQUEMA: TEORIA “O MUNDO DO RNA”
7. HIPÓTESE HETEROTRÓFICA X HIPÓTESE AUTOTRÓFICA
Psiu: Noções de processos bioenergéticos: esquema
7.1. HIPÓTESE HETEROTRÓFICA BACTÉRIAS FERMENTADORAS
CO2
BACTÉRIAS FOTOSSINTETIZANTES
O2
BACTÉRIAS COM RESPIRAÇÃO AERÓBIA
7.2. HIPÓTESE AUTOTRÓFICA BACTÉRIAS QUIMIOSSINTETIZANTES
BACTÉRIAS FERMENTADORAS
H2 CO2
BACTÉRIAS FOTOSSINTETIZANTES
O2
BACTÉRIAS COM RESPIRAÇÃO AERÓBIA
PROCESSOS BIOENERGÉTICOS HIPÓTESE HETEROTRÓFICA
FERMENTAÇÃO
HIPÓTESE AUTOTRÓFICA
QUIMIOSSÍNTESE FOTOSSÍNTESE RESPIRAÇÃO AERÓBICA
HIPÓTESE AUTOTRÓFICA: QUIMIOSSÍNTESE A energia utilizada no processo era proveniente das reações químicas que aconteciam entre as moléculas inorgânicas da crosta terrestre. Os reagentes que eram utilizados eram formados provavelmente por ferro e enxofre, que eram muito abundantes na Terra primitiva. Assim:
FeS
+
H 2S
->
FeS2
+
Sulfeto de ferro + gás sulfídrico -> dissulfeto de ferro +
H2
+ Energia
gás hidrogênio
+ Energia
Bactérias quimiolitoautotróficas - vivem próximas à vulcões e em fontes de água quente, situação muito parecida com as condições da Terra primitiva.
8. PROCESSOS BIOENERGÉTICOS: HISTÓRIA EVOLUTIVA MOMENTO 1 – FOTOSSÍNTESE BACTERIANA 6CO2 + 12H2S + luz > C6H12O6 + 6S2 + 6H2O Gás carbônico
sulfeto de hidrogênio
glicose
enxofre
água
MOMENTO 2 – FOTOSSÍNTESE DAS CIANOBACTÉRIAS 6CO2 + 12H2O + luz > C6H12O6 + 6O2 + 6H2O Gás carbônico
água
glicose
oxigênio
água
MORTE EM MASSA DE BACTÉRIAS ANAERÓBIAS ESTRITAS
MOMENTO 3 - RESPIRAÇÃO AERÓBIA (2,5 bi. anos) C6H12O6 + 6O2 > 6CO2 + 6H2O + energia glicose
oxigênio
Gás carbônico
água
FORMAÇÃO DO OZÔNIO NA ESTRATOSFERA (12-50 Km)
9. QUANDO SURGIRAM OS 1º SERES VIVOS? •Bactérias: 4 - 3,8 bilhões de anos (?) •Cianobactérias: a partir de registros fósseis, os cientistas datam o início da vida das cianobactérias há cerca de 3,5 bilhões de anos. Estromatólitos: as faixas escuras devido às colônias de cianobactérias fossilizadas e as faixas claras pelo acúmulo de sedimento. No Brasil há estromatólitos mais recentes, de cerca de 3 bilhões de anos, no Cráton do São Francisco, na região onde fica os municípios de Petrolina-PE e Juazeiro-BA. Há, também, Cráton do Rio Grande do Sul.
10. A EVOLUÇÃO DA CÉLULA: TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA Célula procariótica inicial
Bactérias aeróbias Cianobactéria Cianobactéria dá origem ao cloroplasto Célula eucariótica fotossintetizante: alguns protistas e plantas
Ácido nucléico Invaginações da membrana plasmática Bactéria aeróbia em simbiose mutualística
Bactéria aeróbia dá origem à mitocôndria
Carioteca Célula eucariótica não-fotossintetizante: alguns protistas, os fungos e os animais
Segundo Margulis, a célula eucariótica típica teria surgido sequencialmente, em 3 etapas: •proto-eucarionte que já tinha invaginaçao da membrana plasmática, formando organelas membranosas (RE, golgi) tornou-se hospedeiro de bactérias aeróbias, obtendo mitocôndrias; •proto-eucarionte tornou-se hospedeiro de bactérias espiroquetas, obtendo cílios, flagelos e, mais tarde, outras estruturas com base em microtúbulos como os centríolos e citoesqueleto; •proto-eucarionte tornou-se hospedeiro cianobactérias obtendo cloroplastos.
de
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA: EVIDÊNCIAS 1. As mitocôndrias e bactérias são basicamente do mesmo tamanho. 2. As mitocôndrias possuem dupla membrana, assim como muitas bactérias, e a membrana interna das mitocôndrias não possui nenhuma semelhança com a membrana citoplasmática das células eucarióticas. Em termos de composição lipídica as mitocôndrias parecem mais com as bactérias. 3. As mitocôndrias, além de possuirem seu próprio DNA, o possuem em forma circular assim como as bactérias. 4. A divisão mitocondrial parece com a reprodução bacteriana.
A seguir... vídeo
LEITURAS
Outras ideias sobre a origem da vida •Cientistas defendem que a atmosfera primitiva não era igual a que Oparin propôs. O intenso vulcanismo da época teria sido responsável pela produção de grandes quantidades de CO2, CO, H2 e N2. Com esses compostos também é possível obter aminoácidos. •As substâncias proteinoides ou ácidos nucléicos primitivos poderiam ter se formado na argila. Alguns cientistas propõem que as primeiras moléculas de RNA (genes primitivos), podem ter sido fabricadas na argila, usando como fonte de energia a luz solar, o calor da crosta terrestre ou radiações ultravioletas.
HIPÓTESE DA PANSPERMIA
• O primeiro ser vivo veio do espaço • Problema: Não diz de onde surgiu o primeiro ser vivo. • Apenas transfere o problema para o espaço...
DESING INTELIGENTE Defende que uma inteligência superior, um deus ou um extraterrestre criou os seres vivos. Contesta a evolução das espécies.
LINHA DO TEMPO... 1 bilhão 1,5 bilhão Eucariontes
Animais (Poríferos, Cnidários)
(Protistas)
2,5 bilhões Bactérias aeróbias
Bactérias fotossintetizantes Bacterias 3,5 bilhões anaeróbias Rochas mais 3,8 bilhões antigas Forma-se 4,6 bilhões a Terra
3 bilhões
A relação do oxigênio na atmosfera e a evolução da vida