Teorias Evolutivas

 BIG BANG: A formação do universo

A teoria do Big Bang está entre as mais aceitas na atualidade para explicar a origem e evolução do Universo.

Sustenta que o Universo surgiu a partir de um ponto único - o átomo primordial - que se expandiu, causando um cataclismo cósmico inigualável a cerca de 13,8 bilhões de anos.

A mesma teoria afirma ainda que o Universo está em contínua expansão.

Big Bang significa "grande expansão"

Elaborada pelo astrônomo belga George Lemaître (1894 – 1966), a teoria considerou os estudos sobre a Teoria da Relatividade Geral, do físico alemão Albert Einstein (1879 – 1955).

O matemático russo Alexander Friedmann (1888 – 1925) ao investigar soluções das equações da relatividade geral, chegou a ideia da expansão do universo. Contudo, sua interpretação era muito mais matemática do que física.

Independentemente, Lemaître chegou as mesmas soluções de Friedmann. Entretanto, ele foi além da análise matemática, buscando explicar o universo real.

A teoria do Big Bang foi reforçada pelos estudos de Edwin Hubble (1889 – 1953) de que as galáxias estão se afastando em todas as direções.

Nas suas observações, Hubble identificou que quanto mais distante a galáxia, maior é a velocidade com que ela se afasta de nós (Lei de Hubble).

A Lei de Hubble nos leva a conclusão que, se o universo está em expansão, em algum momento do passado o seu tamanho era mínimo. Sendo a grande expansão a responsável pela criação de tudo, inclusive o espaço e o tempo.

As fases da evolução do universo segundo a Teoria do Big Bang

A teoria do Big Bang explica o surgimento e a evolução do universo através de estágios ou, fases. As principais são:

Singularidade

A fase inicial do universo em que toda energia se concentrava em um único ponto, extremamente denso e energético. Neste estado, as próprias leis de física, como conhecemos hoje, ainda não estavam formadas. Cientistas também defendem que neste estágio, as quatro forças fundamentais: gravitacional, elétrica, forte e fraca estavam juntas.

Inflação

Corresponde a uma violenta expansão que espalhou energia e matéria por distâncias extremamente grandes, em um intervalo de tempo de uma pequena fração de segundo. A inflação explica as características do universo em ser isotrópico e homogêneo, ou seja, possui as mesmas características em qualquer direção.

Recombinação

Após 380 mil anos o universo havia se resfriado o suficiente para os primeiros átomos neutros se formarem. A recombinação promoveu a liberação de grande quantidade de fótons.

Formação de estrutura

Dos 380 mil anos até o tempo atual. A matéria se combina e se estrutura em regiões, formando as estrelas e galáxias.

Origem dos Planetas

Conforme a teoria, no instante de uma minúscula fração de segundo após o Big Bang, o Universo quente e denso se expandiu com rapidez incompreensível para os padrões humanos, dando origem ao escopo astronômico.

A expansão continuou de maneira mais lenta nos anos que se seguiram. À medida que o Universo esfriava, houve a combinação entre os elementos.

Antes desse evento, chamado “recombinação”, o Universo era opaco, mas tornou-se transparente para a radiação, também chamada de radiação cósmica de fundo.

Com o passar do tempo, a matéria esfriou e os mais diversos tipos de átomos começaram a se formar e esses, eventualmente, se condensaram e formaram os corpos celestes do Universo atual (estrelas, planetas, satélites, etc.).

Georges Lemaître

Georges Henri Joseph Édouard Lemaître foi um padre belga que ficou conhecido por seus estudos em astronomia e cosmologia.

Lemaître nasceu em Charleroi, onde concluiu a educação secundária em uma escola jesuíta. Formou-se em Engenharia Civil pela Universidade Católica de Louvain, onde também obteve o doutorado em Ciências e Matemática.

O cientista, ordenado padre em 1923, lutou na 1ª Guerra Mundial, onde atuou como oficial de artilharia. No ano letivo de 1924 a 1925, Lemaître atuou na Harvard College Observatory nos estudos que embasaram o seu doutorado.

Foi a partir das observações das equações de Einstein que descreveu o Universo em expansão. Em um artigo publicado em 1927, previu que a velocidade de recessão de cada galáxia deve ser proporcional à sua distância da Via-Láctea.

Abiogênese

A Teoria da Abiogênese ou da Geração Espontânea admitia que os seres vivos eram originados a partir de uma matéria bruta sem vida.

Os defensores da abiogênese afirmavam que existia uma "força vital" em alguns tipos de matéria orgânica, responsável por originar os seres vivos.

A ideia da abiogênese consiste na primeira explicação para o surgimento dos seres vivos. Aristóteles, importante e reconhecido filósofo grego, foi um grande defensor da abiogênese.

A abiogênese foi por muito tempo amplamente aceita como a teoria que explicava a origem dos seres vivos.

Segundo a abiogênese, os seres vivos podiam surgir de variadas formas a partir de uma matéria sem vida. Veja alguns exemplos da explicação sobre a origem espontânea dos seres vivos:

• Os cisnes surgiam de folhas das árvores que caíam em lagos;
• Camisas sujas e suadas podiam originar ratos;
• Os sapos surgiam do lodo presente em ambientes aquáticos;
• Os vermes originam-se espontaneamente nos intestinos.

Os principais defensores da abiogênese foram: Aristóteles, Jean Baptitste Van Helmot, Willian Harvey, René Descartes, Isaac Newton e John Needhan.

Abiogênese e Biogênese: Diferenças

Enquanto a abiogênese defendia que os seres vivos surgiam espontaneamente, a biogênese afirma o contrário.

A teoria da biogênese admite que todos os seres vivos são originados de outros seres vivos preexistentes. Atualmente, é a teoria aceita para explicar a origem dos seres vivos.

Louis Pasteur foi o responsável por derrubar definitivamente a teoria da abiogênese. Ele realizou um experimento demonstrando que a fervura de caldos nutritivos não destruía a "força vital" e os microrganismos surgiam sempre que o caldo entrava em contato com ar.

Assim, os microrganismos presentes no ar eram os responsáveis por originar outros, provando que os seres vivos só se originam a partir de outros preexistentes.

Abiogênese x Biogênese

A abiogênese e biogênese são duas teorias formuladas para explicar a origem da vida na Terra.

A questão de como surgiu a vida na Terra sempre intrigou os cientistas. Para responder a essa pergunta, eles formularam hipóteses e realizam diversos tipos de experimentos.

A teoria da abiogênese foi a primeira a surgir, ela descrevia que a vida surgia de forma espontânea.

Os cientistas defensores da abiogênese acreditavam que a vida podia surgir espontaneamente. Por exemplo, os cisnes surgiam de folhas que caíam nos lagos e os ratos surgiam de roupas sujas e úmidas misturadas com sementes de trigo.

Apesar de hoje parecer uma teoria absurda, a abiogênese foi por muito tempo aceita para explicar a origem dos seres vivos.

Alguns cientistas da época também não acreditavam que a vida podia surgir espontaneamente. Assim, surgiu a teoria da biogênese, a qual afirmava que todas as formas de vida só poderiam ser originadas a partir de outras preexistentes.

Diferenças entre Abiogênese e Biogênese

A abiogênese e biogênese são duas teorias opostas para explicar o surgimento da vida.

Saiba o que é cada uma delas e as suas diferenças:

• Abiogênese: Os seres vivos eram originados a partir de uma matéria bruta sem vida. Teoria derrubada através de experimentos.
• Biogênese: Os seres vivos são originados a partir de outros seres vivos preexistentes. Atualmente aceita para explicar o surgimento dos seres vivos.

Abiogênese x Biogênese

Diversos cientistas testaram as teorias da abiogênese e biogênese através de experimentos.

Em 1668, o médico e cientista italiano Francesco Redi realizou um experimento colocando cadáveres de animais em frascos com bocas largas. Desses, alguns foram vedados com uma gaze fina e outros deixados abertos.

Após alguns dias, ele observou que nos frascos abertos surgiram vermes. Enquanto nos frascos fechados não haviam vermes.

Experimento de Redi

Redi concluiu que o fato das moscas não poderem entrar nos frascos fechados impediu o surgimento de vermes. As moscas seriam as responsáveis pelo surgimento dos vermes. Com o experimento de Redi, a abiogênese começou a perder credibilidade.

Em 1745, John Needham realizou um experimento que voltou a reforçar a teoria da Abiogênese.

Ele aqueceu caldos nutritivos em frascos que foram fechados e novamente aquecidos. A sua intenção era impedir a entrada e proliferação de microrganismos. Com os dias, os microrganismos surgiram nos frascos e Needham concluiu que seu experimento foi resultado da abiogênese.

Em 1770, Lazzaro Spallanzani afirmou que Needham não aqueceu o caldo nutritivo por tempo suficiente para destruir as bactérias. Para comprovar que estava com a razão, Spallanzani realizou o mesmo experimento de Needham. Porém, ele aqueceu o caldo por mais tempo. O resultado foi que não apareceram bactérias.

Mais uma vez a teoria da abiogênese perdia a credibilidade.

Em 1862, a teoria da abiogênese foi derrubada definitivamente por Louis Pasteur.

Pasteur realizou experimentos com caldos nutritivos em balões do tipo pescoço de cisne. Após ferver o caldo, o pescoço do balão era quebrado e surgiam microrganismos. Em balões sem o pescoço quebrado, os microrganismos não apareciam.

Experimento de Pasteur

Pasteur provou que a fervura não destruía nenhum tipo de "força ativa". Além disso, bastava quebrar o pescoço do balão para que os microrganismos surgissem, através do contato com o ar.

Teoria de Oparin e Haldane

A Teoria de Oparin e Haldane busca explicar como a vida surgiu a partir de moléculas simples presentes na atmosfera, formando compostos orgânicos em condições especiais.

Análises de Fósseis indicam que a vida no planeta terra originou-se há cerca de 3,5 bilhões de anos

Na década de 1920, Aleksandr Oparin (1894-1980) apresentou sua hipótese, que se baseava na ideia de que modificações lentas e graduais causaram a formação de compostos orgânicos, como proteínas e carboidratos, e, posteriormente, agregados moleculares com certo metabolismo. Um processo semelhante ao proposto por Oparin foi descrito também por John B.S.Haldane (1892-1964).

A hipótese proposta pelos dois pesquisadores, de forma independente, assumiu a ideia de que a vida iniciou-se a partir de uma evolução química, na qual compostos inorgânicos combinaram-se e deram origem a moléculas orgânicas inicialmente simples, mas que, com o tempo, foram combinando-se e originaram moléculas mais complexas. Essa hipótese pode ser dividida em três partes:

• Síntese pré-biótica de moléculas orgânicas: nessa primeira etapa, as moléculas orgânicas eram formadas a partir de compostos inorgânicos. A atmosfera primitiva era formada por amônia, metano, hidrogênio e vapor de água. Com a diminuição da temperatura, o vapor de água condensava-se e caía na crosta terrestre, o que deu início ao ciclo das chuvas. Nesse período, as descargas elétricas eram fortes e, com a radiação, agiam sobre as moléculas presentes na atmosfera, formando moléculas orgânicas.

• Agregação de moléculas: nessa fase, as moléculas formadas começaram a unir-se e originaram compostos cada vez mais complexos e com um metabolismo primitivo. Quando a temperatura do planeta caiu ainda mais e as rochas resfriaram-se, os mares, lagos e oceanos começaram a formar-se, e as sustâncias lá presentes juntaram-se em estruturas maiores, dando origem aos chamados coacervados. Estes tinham a capacidade de absorver substâncias do meio e transformá-las em seu interior. Eles também eram capazes de reproduzir-se.

• Evolução: os organismos sofreram grandes modificações, e seus aparatos bioquímicos tornaram-se semelhantes aos atuais.

Experimento de Miller

Experimento de Urey-Miller

Stanley Miller, acreditando que a Terra primitiva era composta de amônia, metano, hidrogênio e vapor de água – segundo o modelo de Oparin - criou, em 1952, um dispositivo no qual tais compostos eram aquecidos e resfriados, além de submetidos a descargas elétricas, sob a supervisão de Harold Urey. Esta foi uma tentativa de recriar o ambiente dessa época.

Com esse experimento, após uma semana, o jovem cientista conseguiu produzir aminoácidos e bases nitrogenadas, além de cianeto e formaldeído: a sopa prebiótica.

Tal resultado, publicado em 1953 na revista científica "Science", abriu portas para a crença de que a matéria precursora da vida poderia ter se formado espontaneamente, a partir destas substâncias. Tal ideia foi reforçada quando foi encontrado um meteorito, o Murchinson, que continha os mesmos aminoácidos, com a mesma proporção que se apresentavam no aparelho de Miller.

Assim, esse brilhante cientista, falecido aos 77 anos em 2007, deu um passo importante nos estudos acerca da evolução química e da hipótese heterotrófica e seu feito é referência até os dias de hoje. Ele demonstrou que processos naturais podem tornar uma química simples numa química complexa.

Inclusive, poucos sabem que esse cientista só publicou uma de três de suas recriações da Terra primitiva. Uma destas, na qual havia um aspirador que injetava vapor de água no frasco onde ocorriam as faíscas, foi recriada no fim de 2008, por Jeffrey Bada, professor de química marinha da Universidade da Califórnia, em San Diego. Ele e sua equipe consideraram tal experimento útil por, possivelmente, simular a descarga que ocorre quando raios cruzam uma erupção vulcânica rica em vapor de água.

Esses obtiveram como resultado um número maior de aminoácidos do que o encontrado no modelo tradicional de Miller, acreditando que tais condições podiam ser comuns em nosso planeta, antes da formação dos grandes continentes! 

 A evolução do metabolismo - Hipótese Heterotrófica e Autotrófica

• Diferença entre organismo autotrófico e heterotrófico

Antes de compreendermos melhor o que é a hipótese autotrófica, devemos entender o conceito de organismo autotrófico e heterotrófico. Organismos autotróficos são seres capazes de sintetizar a matéria orgânica necessária para a sua sobrevivência. Dois processos merecem destaque quando o assunto é nutrição autotrófica: a fotossíntese e a quimiossíntese.

Na fotossíntese, seres como algas e plantas utilizam a energia luminosa para conseguirem fixar o carbono em compostos orgânicos. Na quimiossíntese, por sua vez, a energia luminosa não é utilizada, e sim a energia conseguida por meio da oxidação de substâncias inorgânicas. Provavelmente, os primeiros seres vivos, de acordo com a hipótese autotrófica, realizavam esse último processo.

Os organismos heterotróficos, diferentemente dos autotróficos, não apresentam a capacidade de sintetizar seu próprio alimento. Nesse caso, necessitam de matéria orgânica previamente formada. Os animais, por exemplo, retiram a matéria orgânica que precisam de plantas e outros animais que fazem parte de sua alimentação. Se quiser saber mais sobre a nutrição desses organismos, leia: Seres autotróficos e seres heterotróficos.

• Hipótese autotrófica

As primeiras formas de vida que existiram em nosso planeta eram simples e, 

segundo a hipótese autotrófica, conseguiam produzir seu alimento.

A hipótese autotrófica afirma que os primeiros seres vivos que surgiram em nosso planeta eram capazes de produzir seu próprio alimento. Vivendo em um ambiente completamente hostil, esses seres teriam sido capazes de retirar do ambiente a energia necessária para a produção da matéria orgânica de que precisavam.

Provavelmente, os primeiros seres vivos não eram fotossintetizantes, como plantas e algas, mas sim quimiossintetizantes, um processo realizado por algumas bactérias. Isso significa que não utilizavam a luz solar para produção de seu alimento, e sim a energia proveniente da oxidação de compostos inorgânicos presentes na Terra primitiva.

A hipótese autotrófica é sustentada no fato de que atualmente é possível observar-se bactérias quimiossintetizantes vivendo em locais extremos, como as fontes hidrotermais, que se destacam pela presença de vários metais e água em altíssima temperatura. De acordo com os defensores dessa ideia, se bactérias são encontradas nos dias atuais vivendo nesses ambientes e realizando esse tipo de nutrição, provavelmente, organismos com características semelhantes podem ter sobrevivido dessa forma às condições extremas da Terra quando a vida surgiu.

A principal crítica feita a essa hipótese é o fato de que os primeiros seres vivos que se estabeleceram no planeta eram muito simples e, provavelmente, não tinham o aparato necessário para a realização de processos autotróficos. Os críticos à hipótese autotrófica afirmam que o mais provável é que os primeiros seres vivos se alimentassem de matéria orgânica disponível no meio.

Vale salientar que a hipótese autotrófica também apresenta críticas, uma vez que não se sabe se a quantidade de matéria orgânica disponível no meio seria suficiente para sustentar os novos organismos que estavam sendo formados.

• A hipótese heterotrófica

A hipótese heterotrófica afirma que os primeiros organismos vivos apresentavam uma nutrição heterotrófica, ou seja, eles não eram capazes de sintetizar seu próprio alimento. Esses seres, provavelmente, alimentavam-se pela absorção de moléculas orgânicas simples que estavam disponíveis nos oceanos primitivos.

Para garantir a produção de energia, os primeiros seres vivos, provavelmente, realizavam um processo de fermentação. Isso deve ao fato de que a respiração aeróbia, feita pela maioria dos seres vivos atuais, não seria possível em um ambiente com baixa concentração de oxigênio. Além disso, nesse tipo de respiração, uma série de reações químicas ocorrem, sendo necessário uma grande quantidade de enzimas e uma maior complexidade desses organismos."

No processo de fermentação, o organismo é capaz de produzir energia na ausência de oxigênio, o que seria ideal devido às condições por ele enfrentadas. Esse processo apresenta duas etapas básicas: a glicólise (quebra da molécula de glicose) e a redução do piruvato.
Com base no piruvato, diferentes produtos finais podem ser formados, destacando-se o álcool e o lactato. Na fermentação alcoólica, o piruvato é convertido em álcool etílico e há a liberação de gás carbônico, enquanto, na fermentação lática, o piruvato é reduzido para formar lactato, sem liberação de gás carbônico.

Alguns organismos atuais também realizam a fermentação, sendo esse o caso das leveduras.

À medida que o tempo passou, as condições ambientais no planeta modificaram-se. A quantidade de moléculas orgânicas disponíveis no meio ambiente reduziu-se, diminuindo a quantidade de alimento disponível. Surgiram nesse cenário organismos capazes de sintetizar seu próprio alimento, utilizando-se da luz solar e do gás carbônico disponível no ambiente. Esses organismos eram, portanto, fotossintetizantes.

Com a atividade dos organismos fotossintetizantes, uma maior quantidade de oxigênio foi liberada no ambiente. Esse oxigênio disponível passou a ser utilizado, por alguns seres, no processo de respiração aeróbia, que garante uma maior produção de energia do que aquela conseguida pela fermentação.

Críticas à hipótese heterotrófica

Os defensores da hipótese heterotrófica afirmam que os primeiros seres vivos eram muito simples, não apresentando aparato suficiente para produzirem seu próprio alimento, sendo necessária a absorção de matéria orgânica do meio.

Entretanto, os opositores a essa teoria afirmam que na Terra primitiva, provavelmente, não existiam quantidades suficientes de matéria orgânica para que esses organismos conseguissem sobreviver e aumentar sua população. Desse modo, os críticos afirmam que o mais provável é que os primeiros seres vivos fossem autotróficos e obtivessem seu alimento por meio da quimiossíntese.

Vídeo Aulas: 

• Big Bang:

• Abiogênese x Biogênese:

• Teoria Oparin Haldane

• Experimento de Miller

• A evolução do metabolismo - Hipótese Heterotrófica e Autotrófica

• A evolução do metabolismo - Hipótese Heterotrófica e Autotrófica