Colóquio no IFI - Unicamp sobre a origem da vida através de uma perspectiva darwiniana

Colóquio
Dia: 27 de agosto de 2009 - 16:00 horas - Auditório do IFGW

“A origem da vida: uma perspectiva Darwiniana.”

Prof. Dr. José Fernando Fontanari
Instituto de Física de São Carlos - USP


Resumo

As técnicas modernas da biologia molecular permitiram a construção da Árvore da Vida, ou seja, a relação de parentesco entre todos os seres vivos presentes no planeta, e o ancestral fictício que deu origem a todos os seres vivos até já foi batizado: é o LUCA (abreviatura da expressão em inglês para Último Ancestral Comum Universal). Mas quem foram, afinal, os ancestrais do LUCA? Podemos apenas especular, mas para isso precisamos de uma definição de vida mais flexível que a encontrada nos textos de Biologia. A definição usada pela NASA é perfeita para descrever a situação no período pré-LUCA ou pré-biótico: vida é um sistema químico capaz de evoluir via seleção natural, ou seja, capaz de sofrer evolução Darwiniana. Um sistema deve possuir três características para evoluir pela seleção natural: reprodução, hereditariedade e variação. A reprodução é a capacidade de gerar prole; a hereditariedade nos diz que os descendentes devem ser similares aos seus pais; e finalmente a variação nos lembra que a hereditariedade não é sempre perfeita ? de quando em vez mutantes devem surgir. Uma molécula ou grupo de moléculas com essas características é chamado de replicador (o DNA é o melhor exemplo dessa espécie) e admite-se que o primeiro replicador tenha surgido por geração espontânea. Nesse seminário descrevo as dificuldades teóricas encontradas na modelagem da trajetória evolutiva que une os replicadores primordiais ao LUCA, mostrando como ferramentas avançadas da mecânica quântica e da teoria de transições de fase fora do equilíbrio podem nos ajudar a entender a dinâmica dessas entidades.

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NOTAS DESTE BLOGGER:

A origem da vida continua sendo um Mysterium tremendum para a ciência. Todas as teorias até aqui propostas não são corroboradas num contexto de justificação teórica. Razão? Teorias científicas de longo alcance histórico são mais difíceis de serem justificadas. Geralmente são aceitas a priori como verdade científica.

Eis uma pequena relação de trabalhos e pesquisas científicas mostrando que na questão da origem da vida, a melhor resposta científica é: Não sabemos!!! Árvore da Vida?LUCA? Ou vários LUCAS??? Zonas de incertezas que precisam ser ensinadas e constar em nossos livros didáticos, mas não ensinadas e nem abordadas pelos autores desses livros-texto aprovados pelo MEC/SEMTEC/PNLEM. Por quê???

Origem da Vida:

LASAGA, A. C.; HOLLAND, H. D.; DWYER, M. J., Primordial Oil Slick, Science, Vol. 174:53-55 (October 4, 1971). Os autores deste artigo demonstram que se houve uma “sopa primordial”, ela teria sido acompanhada por grandes quantidades de alcatrão—um tipo de “primordial oil slick.” Este manto oleoso primordial deveria ter deixado uma marca geoquímica de sua existência no registro fóssil. Nenhuma marca com tal característica tem sido encontrada, indicando que, provavelmente, nunca houve uma sopa primordial.

YOCKEY, H. P., Self Organization Origin of Life Scenarios and Information Theory, Journal of Theoretical Biology, Vol. 91:13-31 (1981). Neste artigo, YOCKEY discute os problemas com os modelos de auto-organização para a origem da vida, e conclui que, atualmente, não existe nenhum bom modelo para a origem da informação da vida.

ORGEL, L. E., The Implausibility of Metabolic Cycles on the Prebiotic Earth, PLOS Biology, Vol. 6(1) (January, 2008). ORGEL fornece críticas sérias às teorias que declaram ter a vida se originado através de caminhos metabólicos evolutivos. O autor critica as hipóteses metabólicas da origem da vida porque tais caminhos metabólicos são complexos demais para terem surgido por processos naturais.

Árvore da Vida/LUCA:

DOOLITTLE, W. F.; BAPTESTE, E., Pattern pluralism and the Tree of Life hypothesis, Proceedings of the Biological Society of Washington USA, Vol. 104 (7):2043–2049 (February 13, 2007). Neste artigo, DOOLITTLE e BAPTESTE defendem que os dados fornecem um forte desafio para as noções darwinistas tradicionais de descendência com modificação: “Darwin claimed that a unique inclusively hierarchical pattern of relationships between all organisms based on their similarities and differences [the Tree of Life (TOL)] was a fact of nature, for which evolution, and in particular a branching process of descent with modification, was the explanation. explanation. However, there is no independent evidence that the natural order is an inclusive hierarchy, and incorporation of prokaryotes into the TOL is especially problematic. The only data sets from which we might construct a universal hierarchy including prokaryotes, the sequences of genes, often disagree and can seldom be proven to agree. Hierarchical structure can always be imposed on or extracted from such data sets by algorithms designed to do so, but at its base the universal TOL rests on an unproven assumption about pattern that, given what we know about process, is unlikely to be broadly true.”

DEAMER, D. W., The First Living Systems: a Bioenergetic Perspective, Microbiology and Molecular Biology Reviews, Vol. 61:239-261 (1997). DEAMER, teórico da origem vida, argumenta que a pesquisa da origem da vida não resolveu os problemas sobre como a energia no ambiente pode ser utilizada para energizar a primeira célula viva. A química sempre trabalha contra a formação de tais sistemas complexos através de reações espontâneas naturais. Por isso, DEAMER é cético dos modelos auto-organizacionais para a origem da vida. Ele também contesta a legitimidade dos experimentos de Miller-Urey geralmente utilizados para apoiar a origem química da vida nos livros-texto: “This optimistic picture began to change in the late 1970s, when it became increasingly clear that the early atmosphere was probably volcanic in origin and composition, composed largely of carbon dioxide and nitrogen rather than the mixture of reducing gases assumed by the Miller-Urey model (68, 77, 156). Carbon dioxide does not support the rich array of synthetic pathways leading to possible monomers, so the question arose again: what was the primary source of organic carbon compounds?”

DUNN, C. W. et al., Broad phylogenomic sampling improves resolution of the animal tree of life, Nature, Vol. 452(7188):745-749 (April 10, 2008). O artigo de DUNN et al admite os problemas severos encontrados quando se tenta usar dados moleculares para construir árvores filogenéticas: “Long-held ideas regarding the evolutionary relationships among animals have recently been upended by sometimes controversial hypotheses based largely on insights from molecular data. These new hypotheses include a clade of moulting animals (Ecdysozoa) and the close relationship of the lophophorates to molluscs and annelids (Lophotrochozoa). Many relationships remain disputed, including those that are required to polarize key features of character evolution, and support for deep nodes is often low.” Embora DUNN et al nutram esperanças de que novas técnicas poderão ajudar a diminuir essas falhas encontradas durante a construção de árvores filogenéticas, a admissão feita por eles é surpreendente.

LOPEZ, P.; BAPTESTE, E., Molecular phylogeny: reconstructing the forest, Comptes Rendus Biologies, doi:10.1016/j.crvi.2008.07.003 (2008). LOPEZ e BAPTESTE abandonam a caracterização da vida como uma “árvore” darwiniana. Os autores preferem uma metáfora de “floresta”. Eles afirmam no artigo: “instead of focusing on a elusive universal tree, biologists are now considering the whole forest corresponding to the multiple processes of inheritance, both vertical and horizontal. This constitutes the major challenge of evolutionary biology for the years to come.” Assim, parece que as noções tradicionais de uma árvore da vida darwiniana está sendo abandonada.