George
T. Javor
O estudo da matéria
viva está no centro de todos os esforços científicos atuais. As recentes
vitórias da ciência incluem a clonagem de Dolly, a ovelha, e a obtenção da sequência
dos três bilhões de nucleotídeos dos cromossomos humanos.1 Mas, estranhamente,
a própria vida não é o objeto de maior estudo. Os cientistas parecem pensar
casualmente na existência da vida. É difícil achar qualquer discussão sobre a
essência da vida em monografias ou compêndios correntes. Essas publicações
explicam muito bem a composição da matéria viva e como seus elementos
funcionam. Mas tal informação não é suficiente para explicar a vida e por que
os constituintes da matéria viva são, em si mesmos, sem vida.
Decomponhamos, a título
de exemplo, a matéria viva e então recombinemos seus componentes isolados. Essa
pesquisa irá fornecer uma coleção impressionante de substâncias inertes, mas
não com vida. Até aqui a ciência não pôde criar a matéria viva em laboratório.
Será isso por que a matéria viva contém um ou mais componentes que não podem
ser supridos pelo químico? A resposta, como desenvolvida neste artigo,
apresentará um ponto importante quanto à origem da vida.
Qual
é a origem da vida?
Há mais de cem anos,
Louis Pasteur e outros demonstraram a tolice da abiogênese — a transformação
espontânea de matéria sem vida em organismos vivos. Os biólogos agora dizem
simplesmente: “Vida só pode provir de vida”. Não obstante, os cientistas
geralmente aceitam o conceito de que a vida se desenvolveu abiologicamente numa
Terra primitiva. Assim fazendo, para sua própria conveniência, eles afirmam que
as condições do “mundo primitivo” eram apropriadas à geração espontânea da
vida.
Outros teorizam sobre a
possibilidade de a vida ter sido importada do espaço exterior para a Terra.
Embora a Terra esteja populada por milhões de diferentes espécies de
organismos, não há evidência de vida em qualquer parte no sistema solar. E,
além disso, há três e meio anos-luz de espaço vazio até a estrela mais próxima,
a Alfa do Centauro.
A última opção lógica para
a origem da vida é a criação realizada por um Criador sobrenatural. Mas a
ciência, em sua tentativa de explicar tudo por leis naturais, rejeita essa
opção como estando fora dos limites científicos.
A
vida não é uma entidade tangível
A vida não é uma entidade
tangível. Não pode ser posta num recipiente e manuseada. Somente vemos “vida”
em associação com espécies únicas de matéria, as quais têm capacidade de
crescer, dividir-se em réplicas e também de responder a vários estímulos
externos, utilizando luz ou energia química para efetuar todas essas coisas.2
O termo vida tem
diferentes sentidos, podendo referir-se a um organismo, um órgão ou uma célula.
Órgãos humanos podem continuar a viver depois da morte da pessoa se, dentro de
certo tempo, forem transplantados para um indivíduo vivo. A sobrevivência de um
fígado, rim ou coração transplantado, significa algo bem diferente da “vida”
humana. Ademais, a vida de cada órgão depende da vitalidade de suas células.
Todas as manifestações
de vida dependem de células vivas, as unidades mais fundamentais da matéria
viva. Quando uma célula viva se divide, remanesce uma coleção muito complexa de
estruturas sub-celulares, mas sem vida: membranas, núcleos, mitocôndrias,
ribossomos, etc.
Há uma sequência
ininterrupta entre matéria viva e não-viva, como alguns afirmam? Se houver, a
questão da origem da vida torna-se discutível. Evoluir de um estado para outro
seria semelhante a outras transformações químicas. Exemplos de organismos que
supostamente transponham o abismo entre o vivo e o não-vivo incluem vírus,
príons, microplasmas, rickéttsias e clamídias.
Com efeito, vírus e
príons são biologicamente ativos, mas entidades não vivas. O termo “vírus vivo”
é inapropriado, embora os vírus sejam agentes biologicamente ativos e infectem
células vivas. Os príons são proteínas singulares que têm a capacidade de
alterar as estruturas de outras proteínas.3 As proteínas recém-transformadas,
por sua vez, exercem atividade priônica, criando um efeito-dominó de alteração
protéica. A propriedade priônica faz com que eles se tornem infecciosos. Para
sua reprodução os príons, como os vírus, precisam de células vivas.
Rickéttsias, clamídias
e microplasmas, por outro lado, acham-se entre os menores organismos vivos. Os
primeiros dois têm sérias deficiências metabólicas e só podem existir como
parasitas intracelulares. Há um vasto abismo entre matéria viva e a não-viva.
Isso reflete melhor nossa incompetência de extrair vida de matéria anorgânica
em laboratório.
A
composição da matéria viva
Estruturalmente a
matéria viva é composta de uma combinação de água e de moléculas grandes,
frágeis e sem vida, de proteínas, polissacarídeos, ácidos nucléicos, e
lipídios. A Tabela 1 fornece a composição química de uma célula bacteriana
típica, a Escherichia coli.
A água serve de meio em
que as mudanças químicas ocorrem. Proteínas e lipídios são os principais
componentes estruturais das células. As proteínas também controlam todas as
mudanças químicas. Sem mudanças químicas a vida não pode existir. Saber como as
proteínas interagem com as transformações químicas é indispensável à
compreensão da base química da vida.
A
estrutura das proteínas: uma analogia idiomática
As proteínas existem em
milhares de formas diferentes, cada qual com propriedades químicas e físicas
únicas. Essa diversidade se deve a seu tamanho. Cada proteína pode conter
centenas de aminoácidos, e há vinte aminoácidos diferentes. O que cada proteína
é capaz de fazer depende da ordem em que seus aminoácidos estão ligados. Para
compreendermos esse aspecto biológico, consideremos a analogia da linguagem
escrita.
Em qualquer língua, o
significado das palavras depende da sequência das letras. No alfabeto inglês,
por exemplo, temos vinte e seis letras. Com elas formamos as palavras. Umas 500
mil diferentes combinações de letras são reconhecidas como palavras
significativas. Com algum esforço poderíamos produzir outras 500 mil, ou mais,
combinações sem sentido. Semelhantemente, os milhões de diferentes proteínas
representam uma fração minúscula de todas as combinações possíveis de
aminoácidos. 4
Quando as palavras são
escritas erradamente, seu sentido fica adulterado ou perdido. De igual modo,
para que as proteínas funcionem adequadamente, seus aminoácidos precisam estar
na sequência de outros em ordem correta. Os resultados de alterações na sequência
de aminoácidos podem ser drásticos. A proteína transportadora de oxigênio no
sangue, a hemoglobina, é constituída de quatro cadeias de mais de 140
aminoácidos cada uma. Na anemia falciforme, uma doença hereditária,
apresenta-se um aminoácido alterado na sexta posição de uma sequência
específica de 146. Essa mudança causa distorção nos glóbulos vermelhos, o que
resulta em anemia e muitos outros problemas.
Informação
genética e sequências de aminoácidos
Como o sistema produtor
de proteínas conhece as sequências corretas de aminoácidos para cada uma das
milhares de proteínas? Os cromossomos de cada célula são bibliotecas repletas
de tais informações. Cada volume dessa biblioteca é um gene. Quando a célula
necessita de certa proteína, ela ativa o gene dessa substância e a síntese tem
início. Os detalhes desse processo podem ser vistos em qualquer compêndio atual
de biologia ou bioquímica. Basta lembrar que mais de cem eventos químicos
distintos têm de ocorrer para que a síntese da proteína aconteça.
Todas as manifestações
da vida dependem de transformações químicas. Essas modificações sucedem quando
grupos de átomos (moléculas) ganham, perdem ou rearranjam seus elementos. Uma
classe de proteínas, as enzimas, unem moléculas específicas e facilitam suas
transformações químicas. Na Escherichia coli, ou bacilo coliforme, há cerca de
3.000 diferentes tipos de enzimas, os quais facilitam 3.000 mudanças químicas
diferentes.
As enzimas aceleram
intensamente as reações. Isso poderia ser um problema grave porque, quando uma
reação é completada, seu ponto final, conhecido como equilíbrio, é alcançado, e
não ocorrem outras mudanças químicas posteriores. Uma vez que a vida depende de
mudanças químicas, quando todas as reações atingem seus pontos finais, a célula
morre.
É impressionante que na
matéria viva nenhuma das reações jamais atinge o equilíbrio. A razão é que as
mudanças químicas estão interligadas, de modo que o produto de uma modificação
química forma a substância básica para a seguinte. Se as moléculas biológicas
fossem representadas pelas letras maiúsculas do alfabeto, uma sequência típica
de conversões químicas apareceria como a Figura 1 ilustra.
Tal seguimento, ou
“trilha bioquímica”, parece-se como uma linha de montagem industrial. O produto
final deste traçado particular, a substância F, é utilizado pela célula e,
portanto, não se acumula. Na matéria viva ou orgânica, cada um dos milhões de
moléculas (Tabela 1) é mantido em seu rumo. Qualquer deficiência ou excesso
resulta imediatamente em ajustes nas taxas de transformações químicas.
A Figura 2 mostra que
numa célula viva a matéria é organizada em hierarquias sucessivamente mais
complexas. As flechas representam traçados bioquímicos que vão desde substâncias
simples até as complexas. A dependência recíproca entre os componentes
celulares na direção vertical, é comparada às relações lógicas entre letras,
palavras e sentenças da linguagem escrita, até o nível de um livro.
Contudo, o grau de
tolerância a erros é muito menor em biologia. Palavras malsoletradas, sentenças
confusas ou parágrafos faltantes podem inutilizar um documento. Mas por causa
da estreita interdependência funcional de seus componentes, as células estariam
em grande dificuldade se suas partes não fossem completadas integralmente.
Há também uma
complementação horizontal entre os componentes celulares. Por exemplo, as
proteínas não podem ser manufaturadas sem a assistência dos ácidos nucléicos; e
ácidos nucléicos não podem ser sintetizados sem as proteínas. De uma
perspectiva química evolucionista, esse problema se parece com o enigma
clássico da “galinha e do ovo”. (Ver a Figura 2.)
Toda senda
biossintética conduz a níveis sucessivamente mais complexos de organização da
matéria. Toda vereda é regulada de modo que seu produto seja apropriado para as
necessidades da célula. A vida da célula depende da operação harmoniosa e quase
simultânea de seus vários componentes. Durante um crescimento equilibrado
existe um estado constante; isto é, há apenas perturbações mínimas no fluxo de
matéria através de suas trilhas. Como não é permitido a nenhuma das reações
atingir seu ponto final, cada uma das milhares de reações químicas interligadas
se encontra num estado de desequilíbrio constante.
Tentativas
químicas evolucionistas
Se há forças naturais
que produzem vida, devíamos buscar diligentemente descobri-las e usá-las. Se a
abiogênese fosse possível, poderia ser aproveitada para restaurar a vida das
células, órgãos e mesmo organismos mortos. Quem argumentaria que a criação de
matéria viva, ou a reversão da morte, não seria a descoberta mais significativa
para a humanidade?
Contudo, a história de
bioquímica sugere que isso é improvável. Na década de 1920, quando Oparim e
Haldane primeiramente propuseram que a vida se originou espontaneamente numa
Terra primitiva, a bioquímica estava em sua infância. Mesmo esse conceito era
uma elaboração da ideia de Darwin, de que a vida surgiu num lago morno.5 O
primeiro curso metabólico só foi descrito na década de 1930. A estrutura e a
função do material genético começaram a ser compreendidas na década de 1950. A
primeira sequência dos aminoácidos de uma proteína, a insulina, foi traçada em
1955, e a primeira sequência de nucleotídeos do cromossomo de um organismo vivo
foi publicada em 1995.
À medida que a base
química da vida começou a ser mais bem compreendida, ela se mostrou mais
complexa do que originalmente imaginada, e as primeiras sugestões abiogenéticas
deveriam ter sido reconsideradas. Em vez disso, a ciência embarcou numa longa
viagem de meio século para demonstrar experimentalmente a plausibilidade da
abiogênese.
Os primeiros
experimentos sugerindo a razoabilidade da evolução química foram feitos por
Stanley Miller, que em 1953 publicou a síntese de aminoácidos e de outras
substâncias orgânicas sob condições primitivas simuladas.6 Subsequentemente,
surgiu uma subdisciplina que fornecia evidências laboratoriais da produção de
19 dos 20 aminoácidos, e de quatro ou cinco bases nitrogenadas necessárias para
síntese de ácido nucléico, de monossacarídeos e ácidos graxos, tudo sob
hipotéticas condições primitivas variáveis.7 Todas essas substâncias são
componentes dos quais os grandes biopolímeros são feitos, projetando a
possibilidade da produção primária de biopolímeros.
Contudo, a demonstração
da ligação de blocos de células em cadeias de polímeros não pôde ser realizada.
Todo o elo entre os blocos de substâncias típicas requer a remoção da água.
Isso é praticamente impossível no ambiente hídrico dos pressupostos oceanos
primitivos. Ademais, as sequências nas quais os aminoácidos se unem para
transformar as proteínas ou nucleotídeos em ácidos nucléicos, são as que
determinam a função desses biopolímeros. Além da matéria viva, não há mecanismos
conhecidos que garantam sequências significativas e reproduzíveis em proteínas
ou ácidos nucléicos.
Sob condições
primitivas simuladas, material semelhante à proteína tem sido produzido com o
aquecimento de amostras de aminoácidos a altas temperaturas. Contudo, esses
“proteinóides” eram aminoácidos ligados aleatoriamente por elos não naturais,
os quais apresentam pouca semelhança com as proteínas reais.8
Os nucleotídeos, blocos
formadores dos ácidos nucléicos, ainda não foram sintetizados sob condições
primitivas simuladas. Essa é uma tarefa formidável e que requer a ligação de
uma base de purina ou pirimidina a um açúcar, e desse a um fosfato. O desafio
aqui não é somente a remoção da água, mas o fato de que esses três componentes
podem ser ligados por dezenas de modos diferentes. Todas as combinações, exceto
uma, não têm valor biológico. É desnecessário dizer que os ácidos nucléicos
ainda não foram sintetizados.
Mas isso não impediu
que muitos cientistas postulassem que as células vivas mais primitivas
continham inicialmente ácidos ribonucléicos. Essa hipótese de um “Mundo ARN”
ganhou popularidade depois que se descobriu que certas moléculas de ARN tinham
atividades catalíticas. Até então, acreditava-se que a catálise fosse área
exclusiva de proteínas.
Embora não seja
possível fabricar biopolímeros biologicamente úteis sob condições primitivas
simuladas, podemos obtê-los a partir de células anteriormente vivas. Misturando
esses biopolímeros isolados, é possível abreviar a evolução química tornando
possível verificar se a vida se originará em tal mistura. Mas em tal
experimento, tudo está em equilíbrio. Uma vez que a vida ocorre somente quando
todos os eventos químicos dentro da célula se acham em estado de desequilíbrio,
o máximo que se pode conseguir através desse método é uma coleção de células
mortas.
Como
produzir matéria viva
Sabemos exatamente como
produzir matéria viva: Primeiro, projete e sintetize alguns milhares de
diferentes aparelhos moleculares capazes de converter substâncias simples,
comumente disponíveis no meio ambiente, em biopolímeros complexos. Segundo,
certifique-se de que tais dispositivos sejam capazes de auto-reprodução
precisa. Terceiro, certifique-se de que essas unidades possam sentir seu meio
ambiente e se ajustar a quaisquer mudanças que nele ocorram. Então, é
simplesmente uma questão de dar início simultâneo a centenas de rotas
bioquímicas, mantendo o estado de desequilíbrio de cada conversão química,
garantindo a disponibilidade de contínuo suprimento de matéria- prima, e
provendo a remoção eficiente de refugos.
Uma exigência mínima
para se criar tais mecanismos biológicos complexos é a familiaridade absoluta
com a matéria em nível atômico e molecular. Você também precisará de grandes
ideias quanto ao uso dessas complexas maquinarias vivas, alimentando uma
esperança proporcional ao esforço despendido em criá-las. Fabricar células
vivas requer controle absoluto de cada molécula grande ou pequena. Essa é uma
capacidade que a ciência não possui. Os químicos podem transformar grandes
números de moléculas de uma forma em outra, mas não podem transportar moléculas
selecionadas através de membranas para inverter as condições de equilíbrio. É
por isso que não podemos reverter a morte.
Como se originou a vida
na Terra? Este artigo mostrou a grande discrepância entre a bioquímica da
matéria viva e as pretensões daqueles que gostariam de poder explicar sua
origem por abiogênese. Cinquenta anos de pesquisa bioquímica demonstraram
inequivocamente que, a despeito de quais sejam as condições, a abiogênese é uma
impossibilidade. É apenas uma questão de tempo antes que o edifício chamado
“evolução química” imploda sob o peso dos fatos.
Para o crente no relato
bíblico da Criação, a asserção de que somente o Criador pode criar a vida não é
um argumento para o “Deus das lacunas”. Temos uma boa ideia do que seja
necessário para criar a vida, somente não podemos fazê-lo. Essa é uma afirmação
de que a vida não pode existir sem Deus. Com efeito, a vida torna-se uma
evidência a favor de um Criador todo-sapiente, que decidiu criar a vida e partilhá-la
conosco.
George
T. Javor (Ph.D. pela Columbia University) leciona bioquímica
na Loma Linda University, Loma Linda, Califórnia, EUA. Seu e-mail:
gjavor@som.llu.edu
Notas
e referências
1. S. Lander e 253 outros, “Initial sequencing and analysis of the human
genome,” Nature 409 (2001):2001. Ver também J. C. Vent e 267 outros, “The
sequence of the human genome,” Science: 291(2001):1304.
2. Uma tal análise da vida pode parecer
bastante materialista a muitos que acham que a Bíblia ensina um ponto de vista
diferente — o qual não insiste que a vida esteja associada à matéria. Conquanto
possam existir realidades mais amplas de vida inacessíveis a nós, tanto quanto
interesse à ciência, percebemos a vida na Terra somente em associação com a
matéria. A Bíblia apóia a noção de que a vida que conhecemos na Terra está
associada à matéria. Ver Gênesis 2:7: “E formou o Senhor Deus o homem do pó da
terra e soprou em seus narizes o fôlego da vida: E o homem foi feito alma
vivente”. Uma combinação do fôlego de vida e do pó do solo deu origem à pessoa
viva. Semelhantemente, uma pessoa morre quando lhe sai o fôlego e ela volta ao
pó. “Nesse mesmo dia perecem toldos os seus desígnios.” (Salmo 146:4.) O
“retorno à terra” marca o ponto final da existência humana. Embora seja
possível especular sobre o significado do “fôlego de vida” e do “fôlego” das
pessoas, é claro que a vida, como experimentada na Terra, não continua após a
morte. A Bíblia nada menciona sobre uma forma de vida desencarnada. Aceitar a
base material da vida sobre a Terra, portanto, não nos torna materialistas.
3. S. B.
Prusiner, “Prion Diseases and the BSF Crisis,” Science 278 (1997): 245.
4. O número de possíveis sequências diferentes
para uma proteína de 100 aminoácidos é 1.2 x 100130 ou 12 seguido de 129 zeros!
5. F. Darwin,
The Life and Letters of Charles Darwin (New York: D. Appleton, 1887), II: 202.
Carta escrita em 1871.
6. S. L.
Miller, “A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth
Conditions,” Science 117 (1953): 528.
7. C. B.
Thaxton, W. L. Bradley, e R. L. Olsen, The Mystery of Life’s Origins (New York:
Philosophical Library, 1984), p. 38.
8. S. W. Fox e
K. Dose, Molecular Evolution and the Origins of Life (New York: Marcel Dekker
Publishing Co., 1977), second edition.
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