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Sopa primordial

A sopa primordial, ou sopa prebiótica (às vezes também chamada de caldo prebiótico), é o conjunto hipotético de condições presentes na Terra há cerca de 3700 a 4000 milhões de anos. É um aspecto da teoria heterotrófica da origem da vida, proposta pela primeira vez por Alexander Oparin em 1924 e J. B. S. Haldane em 1929.[1][2]

Contexto histórico

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A noção de que os seres vivos se originaram de materiais inanimados vem dos gregos antigos – a teoria conhecida como geração espontânea. Aristóteles no século IV a.C. deu uma explicação adequada, escrevendo:

Assim com os animais, alguns provêm de animais progenitores de acordo com a sua espécie, enquanto outros crescem espontaneamente e não a partir de uma linhagem afim; e desses exemplos de geração espontânea alguns vêm da putrefação da terra ou da matéria vegetal, como é o caso de vários insetos, enquanto outros são gerados espontaneamente no interior dos animais a partir das secreções de seus vários órgãos.[3]
— Aristóteles

 Sobre a História dos Animais, Livro V, Parte 1

Aristóteles também afirma que não é apenas que os animais se originam de outros animais semelhantes, mas também que os seres vivos surgem e sempre surgiram da matéria sem vida. Sua teoria permaneceu a ideia dominante sobre a origem da vida (fora da divindade como agente causal) dos filósofos antigos aos pensadores da Renascença em várias formas.[4] Com o nascimento da ciência moderna, surgiram refutações experimentais. O médico italiano Francesco Redi demonstrou em 1668 que as larvas se desenvolveram a partir de carne podre apenas em uma jarra onde as moscas podiam entrar, mas não em uma jarra com tampa fechada. Ele concluiu que: omne vivum ex vivo (Toda vida vem da vida).[5]

O experimento do químico francês Louis Pasteur em 1859 é considerado o golpe mortal para a geração espontânea. Ele mostrou experimentalmente que organismos (micróbios) não podem crescer em água esterilizada, a menos que seja exposta ao ar. O experimento lhe rendeu o Prêmio Alhumbert em 1862 da Academia Francesa de Ciências, e ele concluiu: "Nunca a doutrina da geração espontânea se recuperará do golpe mortal desse experimento simples."[6]

Os biólogos evolucionistas acreditavam que uma espécie de geração espontânea, mas diferente da simples doutrina aristotélica, deve ter funcionado para o surgimento da vida. O biólogo francês Jean-Baptiste de Lamarck especulou que a primeira forma de vida começou a partir de materiais não vivos. "A natureza, por meio de calor, luz, eletricidade e umidade", escreveu ele em 1809 em Philosophie Zoologique (A Filosofia da Zoologia), "forma a geração direta ou espontânea naquela extremidade de cada reino de corpos vivos, onde o mais simples desses corpos são encontrados".[7]

Quando o naturalista inglês Charles Darwin introduziu a teoria da seleção natural em seu livro de 1859, A Origem das Espécies, seus apoiadores, como o zoólogo alemão Ernst Haeckel, o criticaram por não usar sua teoria para explicar a origem da vida. Haeckel escreveu em 1862: "O principal defeito da teoria darwiniana é que ela não esclarece a origem do organismo primitivo — provavelmente uma célula simples — da qual todos os outros descenderam. Quando Darwin assume um ato criativo especial para este primeiro espécie, ele não é consistente e, eu acho, não muito sincero."[8]

Embora Darwin não tenha falado explicitamente sobre a origem da vida em A Origem das Espécies, ele mencionou um "pequeno lago quente" em uma carta a Joseph Dalton Hooker datada de 1.º de fevereiro de 1871:[9]

Costuma-se dizer que todas as condições para a primeira produção de um ser vivo estão agora presentes, o que poderia ter estado presente. Mas se (e que grande se) pudéssemos conceber em algum pequeno lago quente com todo tipo de amônia e sais fosfóricos – luz, calor, eletricidade presentes, que um composto proteico fosse formado quimicamente, pronto para sofrer mudanças ainda mais complexas, no presente, tal matéria seria instantaneamente devorada, ou absorvida, o que não teria sido o caso antes da formação dos seres vivos [...].
— Charles Darwin

 Carta a Joseph Dalton Hooker em 1.º de fevereiro de 1871

Teoria heterotrófica

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Um argumento científico coerente foi introduzido pelo bioquímico soviético Alexander Oparin em 1924. De acordo com Oparin, na superfície da Terra primitiva, carbono, hidrogênio, vapor de água e amônia reagiram para formar os primeiros compostos orgânicos. Sem o conhecimento de Oparin, cuja escrita circulou apenas em russo, um cientista inglês J. B. S. Haldane chegou a uma conclusão semelhante em 1929.[10][11] Foi Haldane quem primeiro usou o termo "sopa" para descrever o acúmulo de material orgânico e água na Terra primitiva.[2][7]

Quando a luz ultravioleta age sobre uma mistura de água, dióxido de carbono e amônia, uma grande variedade de substâncias orgânicas é produzida, incluindo açúcares e, aparentemente, alguns dos materiais a partir dos quais as proteínas são construídas. [...] antes da origem da vida eles devem ter se acumulado até os oceanos primitivos atingirem a consistência de uma sopa quente diluída.
— J. B. S. Haldane

 A Origem da Vida

Segundo a teoria, compostos orgânicos essenciais para as formas de vida foram sintetizados na Terra primitiva sob condições pré-bióticas. A mistura de compostos inorgânicos e orgânicos com água na Terra primitiva tornou-se a sopa prebiótica ou primordial. Ali, a vida se originou e as primeiras formas de vida puderam usar as moléculas orgânicas para sobreviver e se reproduzir. Hoje, a teoria é conhecida como teoria heterotrófica, teoria da origem heterotrófica da vida ou hipótese de Oparin-Haldane.[12] O bioquímico Robert Shapiro resumiu os pontos básicos da teoria em sua "forma madura" da seguinte forma:[13]

  1. A Terra primitiva tinha uma atmosfera quimicamente redutora.
  2. Essa atmosfera, exposta à energia em várias formas, produzia compostos orgânicos simples ("monômeros").
  3. Esses compostos se acumularam na sopa prebiótica, que pode ter se concentrado em locais como litorais e fontes oceânicas.
  4. Por transformação adicional, polímeros orgânicos mais complexos – e, finalmente, vida – se desenvolveram na sopa.

Teoria de Haldane

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J.B.S. Haldane postulou independentemente sua teoria primordial da sopa em 1929 em um artigo de oito páginas "A origem da vida" no The Rationalist Annual.[7] De acordo com Haldane, a atmosfera da Terra primitiva era essencialmente redutora, com pouco ou nenhum oxigênio. Os raios ultravioleta do Sol induzem reações em uma mistura de água, dióxido de carbono e amônia. Substâncias orgânicas como açúcares e componentes proteicos (aminoácidos) foram sintetizadas. Essas moléculas "se acumularam até os oceanos primitivos atingirem a consistência de uma sopa quente diluída". As primeiras coisas de reprodução foram criadas a partir desta sopa.[14]

Quanto à prioridade sobre a teoria, Haldane aceitou que Oparin vinha primeiro, dizendo: "Tenho poucas dúvidas de que o professor Oparin tem prioridade sobre mim."[15]

Formação de monômeros

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  Ver artigo principal: Experiência de Miller e Urey

Uma das peças mais importantes de suporte experimental para a teoria da "sopa" veio em 1953. Um estudante de pós-graduação, Stanley Miller, e seu professor, Harold Urey, realizaram um experimento que demonstrou como moléculas orgânicas poderiam ter se formado espontaneamente a partir de precursores inorgânicos, sob condições como as postuladas pela Hipótese Oparin-Haldane. O agora famoso "experimento de Miller-Urey" usou uma mistura altamente reduzida de gases — metano, amônia e hidrogênio — para formar monômeros orgânicos básicos, como aminoácidos.[16] Isso forneceu suporte experimental direto para o segundo ponto da teoria da "sopa", e é um dos dois pontos restantes da teoria que grande parte do debate agora se concentra.

Além do experimento de Miller-Urey, o próximo passo mais importante na pesquisa sobre a síntese orgânica prebiótica foi a demonstração por Joan Oró de que a base de ácido nucleico purina, adenina, foi formada pelo aquecimento de soluções aquosas de cianeto de amônio.[17] Em apoio à abiogênese em gelo eutético, trabalhos mais recentes demonstraram a formação de estriazinas (nucleobases alternativas), pirimidinas (incluindo citosina e uracila) e adenina a partir de soluções de ureia submetidas a ciclos de congelamento-descongelamento sob uma atmosfera redutiva (com descargas de faísca como fonte de energia).[18]

Referências

  1. ↑ Oparin, Alexander. «The Origin of Life» (PDF) 
  2. ↑ a b Haldane, John B. S. «The Origin of Life» (PDF) 
  3. ↑ Aristotle (1910) [c. 343 BCE]. «Book V». The History of Animals. translated by D'Arcy Wentworth Thompson. Oxford: Clarendon Press. ISBN 90-6186-973-0. Consultado em 20 de dezembro de 2008 
  4. ↑ Ben-Menahem, Ari (2009). «The Spontaneous Generation Controversy». Historical Encyclopedia of Natural and Mathematical Sciences 1st ed. Berlin: Springer. pp. 270–280. ISBN 978-3-540-68834-1 
  5. ↑ Gottdenker, P. (1979). «Francesco Redi and the fly experiments». Bulletin of the History of Medicine. 53 (4): 575–592. PMID 397843 
  6. ↑ Schwartz, M. (2001). «The life and works of Louis Pasteur». Journal of Applied Microbiology. 91 (4): 597–601. PMID 11576293. doi:10.1046/j.1365-2672.2001.01495.x  
  7. ↑ a b c Lazcano, A. (2010). «Historical Development of Origins Research». Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2 (11): a002089. PMC 2964185 . PMID 20534710. doi:10.1101/cshperspect.a002089 
  8. ↑ Losch, Andreas (2017). What is Life? On Earth and Beyond. Cambridge: Cambridge University Press. p. 79. ISBN 978-1-107-17589-1 
  9. ↑ Peretó, Juli; Bada, Jeffrey L.; Lazcano, Antonio (2009). «Charles Darwin and the Origin of Life». Origins of Life and Evolution of Biospheres. 39 (5): 395–406. PMC 2745620 . PMID 19633921. doi:10.1007/s11084-009-9172-7 
  10. ↑ Oparin, Alexander. «The Origin of Life» (PDF) 
  11. ↑ Haldane, John B. S. «The Origin of Life» (PDF) 
  12. ↑ Fry, Iris (2006). «The origins of research into the origins of life». Endeavour. 30 (1): 24–28. PMID 16469383. doi:10.1016/j.endeavour.2005.12.002 
  13. ↑ Shapiro, Robert (1987). Origins: A Skeptic's Guide to the Creation of Life on Earth. [S.l.]: Bantam Books. p. 110. ISBN 0-671-45939-2 
  14. ↑ Haldane, J.B.S. (1929). «The origin of life». The Rationalist Annual. 148: 3–10 
  15. ↑ Miller, Stanley L.; Schopf, J. William; Lazcano, Antonio (1997). «Oparin's "Origin of Life: Sixty Years Later». Journal of Molecular Evolution. 44 (4): 351–353. Bibcode:1997JMolE..44..351M. PMID 9089073. doi:10.1007/PL00006153 
  16. ↑ Miller, Stanley L. (1953). «A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions». Science. 117 (3046): 528–9. Bibcode:1953Sci...117..528M. PMID 13056598. doi:10.1126/science.117.3046.528 
  17. ↑ Oró, J. (1961). «Mechanism of synthesis of adenine from hydrogen cyanide under possible primitive Earth conditions». Nature. 191 (4794): 1193–4. Bibcode:1961Natur.191.1193O. PMID 13731264. doi:10.1038/1911193a0 
  18. ↑ Menor-Salván C, Ruiz-Bermejo DM, Guzmán MI, Osuna-Esteban S, Veintemillas-Verdaguer S (2007). «Synthesis of pyrimidines and triazines in ice: implications for the prebiotic chemistry of nucleobases». Chemistry. 15 (17): 4411–8. PMID 19288488. doi:10.1002/chem.200802656 
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