Opiniões modernas sobre a evolução química e biológica
Opiniões modernas sobre a evolução química e biológica!
De acordo com essa teoria, a vida se originou no início da Terra através de processos físico-químicos de átomos que se combinavam para formar moléculas, moléculas por sua vez reagindo para produzir compostos inorgânicos e orgânicos.
Compostos orgânicos interagindo para produzir todos os tipos de macromoléculas que se organizaram para formar o primeiro sistema vivo ou células.
Assim, de acordo com essa teoria, a "vida" originou-se espontaneamente de nossa terra a partir de matéria não-viva. Primeiros compostos inorgânicos e depois compostos orgânicos foram formados de acordo com condições ambientais em constante mudança. Isso é chamado de evolução química que não pode ocorrer sob as condições ambientais presentes na Terra. Condições adequadas para a origem da vida só existiam na terra primitiva.
A teoria de Oparin-Haldane é também chamada de teoria química ou teoria naturalista
As visões modernas sobre a origem da vida incluem evolução química e evolução biológica:
1. Evolução Química:
(i) a fase atômica:
Terra primitiva são inumeráveis átomos livres de todos os elementos (por exemplo, hidrogênio, oxigênio, carbono, nitrogênio, enxofre, fósforo, etc.) que são essenciais para a formação de protoplasma. Os átomos foram segregados em três massas concêntricas de acordo com seus pesos, (a) Os átomos mais pesados de ferro, níquel, cobre, etc. foram encontrados no centro da Terra, (b) Átomos de peso médio de sódio, potássio, silício, magnésio alumínio, fósforo, cloro, flúor, enxofre, etc. foram coletados no núcleo da terra, (c) os átomos mais leves de nitrogênio, hidrogênio, oxigênio, carbono etc. formaram a atmosfera primitiva.
ii) Origem das moléculas e compostos inorgânicos simples:
Átomos livres combinados para formar moléculas e compostos inorgânicos simples. Os átomos de hidrogênio foram mais numerosos e mais reativos na atmosfera primitiva. Primeiros átomos de hidrogênio combinados com todos os átomos de oxigênio para formar água e não deixar oxigênio livre. Assim, a atmosfera primitiva estava reduzindo a atmosfera (sem oxigênio livre), ao contrário da atmosfera oxidante atual (com oxigênio livre). Átomos de hidrogênio também combinados com nitrogênio, formando amônia (NH 3 ). Assim, a água e a amônia foram provavelmente as primeiras moléculas compostas da terra primitiva.
iii) Origem dos compostos orgânicos simples (monómeros):
A atmosfera primitiva continha gases como CO 2, CO, N, H 2, etc. O nitrogênio e o carbono da atmosfera combinavam-se com átomos metálicos, formando nitretos e carbonetos. O vapor de água e os carbonetos metálicos reagiram para formar o primeiro composto orgânico, o metano (CH 4 ). Mais tarde, o cianeto de hidrogênio (HCN) foi formado.
Chuvas torrenciais devem ter caído:
Quando a água desceu, ela deve ter se dissolvido e carregado com sais e minerais, e acabou se acumulando na forma de oceanos. Assim, a água oceânica antiga continha grandes quantidades de NH3, CH4, HCN, nitretos, carbonetos, vários gases e elementos dissolvidos.
Os primeiros compostos interagiram e produziram compostos orgânicos simples, como açúcares simples (por exemplo, ribose, desoxirribose, glicose, etc.), bases nitrogenadas (por exemplo, purinas, pirimidinas), aminoácidos, glicerol, ácidos graxos, etc. têm agido sobre a mistura para reações. Estas fontes externas podem ser (i) radiações solares tais como luz ultravioleta, raios X, etc., (ii) energia de descargas elétricas como raios, (iii) radiações de alta energia são outras fontes de energia (provavelmente isótopos instáveis em a terra primitiva). Não havia camada de ozônio na atmosfera.
A água oceânica rica em mistura de compostos orgânicos foi denominada por JBS Haldane (1920) como 'sopa quente e diluída de substâncias orgânicas'. A 'sopa quente e diluída' também é chamada de sopa pré-biótica '. Assim, o palco foi montado para a combinação de vários elementos químicos. Uma vez formadas, as moléculas orgânicas se acumularam na água porque sua degradação era extremamente lenta na ausência de qualquer vida ou catalisadores enzimáticos.
Evidência Experimental para a Evolução Molecular Abiogênica da Vida:
Stanley Miller, em 1953, demonstrou claramente que a radiação ultravioleta, ou descargas elétricas ou calor, ou uma combinação destes, pode produzir compostos orgânicos complexos a partir de uma mistura de metano, amônia, água (corrente de água) e hidrogênio.
Miller circulou quatro gases - metano, amônia, hidrogênio e vapor de água em um aparelho hermético e passou por descargas elétricas de eletrodos a 800 ° C. Ele passou a mistura através de um condensador. Ele circulou os gases continuamente dessa maneira por uma semana e depois analisou a composição química do líquido dentro do aparelho. Ele encontrou um grande número de compostos orgânicos simples, incluindo alguns aminoácidos, como alanina, glicina e ácido aspártico. Miller provou que os compostos orgânicos eram a base da vida.
Outras substâncias, como ureia, cianeto de hidrogênio, ácido láctico e ácido acético também estavam presentes. Em outro experimento, Miller circulou a mistura dos gases da mesma forma, mas ele não passou a descarga elétrica. Ele não conseguiu obter o rendimento significativo dos compostos orgânicos. Mais tarde, muitos investigadores sintetizaram uma grande variedade de compostos orgânicos, incluindo purinas, pirimidinas e açúcares simples, etc. Considera-se que os "blocos de construção" essenciais, tais como nucleótidos, aminoácidos, etc., de organismos vivos poderiam ter Terra primitiva.
(iv) Origem de Compostos Orgânicos Complexos (Polímeros):
Uma variedade de aminoácidos, ácidos graxos, hidrocarbonetos, purinas e bases de pirimidina, açúcares simples e outros compostos orgânicos acumulados nos mares antigos. Na atmosfera primitiva, descargas elétricas, raios, energia solar, ATP e polifosfatos podem ter provido a fonte de energia para reações de polimerização de síntese orgânica. SW Fox demonstrou que, se uma mistura quase seca de aminoácidos é aquecida, as moléculas polipeptídicas são sintetizadas.
Similarmente, os açúcares simples poderiam formar polissacarídeos e os ácidos graxos poderiam se combinar para produzir gorduras. Os aminoácidos podem formar proteínas, quando outros fatores estão envolvidos. Assim, as pequenas moléculas orgânicas simples combinadas formam grandes moléculas orgânicas complexas, por exemplo, unidades de aminoácidos unidas para formar polipeptídeos e proteínas, unidades simples de açúcar combinadas para formar polissacarídeos, ácidos graxos e glicerol unidos para formar gorduras, açúcares, bases nitrogenadas e fosfatos. combinados em nucleotídeos que polimerizaram em ácidos nucléicos nos antigos oceanos.
2. Evolução Biológica:
Para a origem da vida, pelo menos três condições são necessárias:
(a) Deve ter havido um suprimento de replicadores, ou seja, moléculas auto-produtoras.
(b) A cópia desses replicadores deve ter sido sujeita a erro por meio de mutação.
(c) O sistema de replicadores deve ter exigido um fornecimento contínuo de energia livre e isolamento parcial do ambiente geral.
A alta temperatura na terra primitiva teria cumprido o requisito de mutação.
Origem das Moléculas Prebióticas:
A terceira condição, isolamento parcial, foi alcançada dentro de agregados de moléculas prebióticas artificialmente formadas. Esses agregados são chamados protobiontes, que podem separar combinações de moléculas do ambiente. Eles mantêm um ambiente interno, mas são incapazes de se reproduzir. Dois importantes protobiontes são coacervatos e microesferas.
Coacervatos:
Oparin (1924) observou que se uma mistura de uma proteína grande e um polissacarídeo é agitado, coacervatos são formados. Os coacervatos contêm principalmente proteínas, polissacarídeos e um pouco de água. Os coacervados de Oparin também mostram uma forma simples de metabolismo. Como estes coacervatos não têm membranas externas lipídicas, eles não podem se reproduzir. Assim, eles não cumprem a exigência de prováveis precursores da vida.
Microesferas:
Quando misturas de compostos orgânicos produzidos artificialmente são misturados com microesferas de água fria são formadas. Se a mistura contém lipídios, a superfície das microesferas consiste de uma bicamada lipídica, lembrando (lembrando coisas do passado) a bicamada lipídica das membranas celulares. Sydney Fox (1950) aqueceu uma mistura de 18 aminoácidos a temperaturas de 130 a 180 ° C. Ele obteve macromoléculas estáveis, semelhantes às proteínas, que ele denominou protenoides.
Quando o material protenoide foi resfriado e examinado ao microscópio, Fox observou pequenas unidades semelhantes a células esféricas que surgiram de agregações de protenoides. Estes agregados moleculares foram chamados de miciospènes protenoides. As primeiras formas de vida não celulares poderiam ter se originado há 3 bilhões de anos. Eles teriam sido moléculas gigantes (RNA, Proteínas e Polissacarídeos etc.).
Propriedades físicas das microesferas protenóides:
Eram microscópicos esféricos com cerca de 1 a 2 (de diâmetro, semelhantes ao tamanho e forma das bactérias cocóides).
Propriedades estruturais das microesferas protenoides:
Sob microscópio eletrônico, foram observados limites concêntricos de camadas duplas em torno deles, através dos quais ocorre a difusão do material. Eles têm a capacidade de motilidade, crescimento, fissão binária em duas partículas e uma capacidade de reprodução por brotamento e fragmentação. Superficialmente, a brotação deles se assemelha aos das bactérias e fungos.
Atividades enzimáticas de microesferas protenoides:
Eles foram encontrados para ter atividade catalítica, como a degradação da glicose. Esta atividade enzimática das microesferas protenoides é parcialmente perdida durante o aquecimento.
A principal desvantagem das microesferas protenoides é que elas têm diversidade limitada. Assim, o mecanismo de isolamento parcial que leva à origem dos protobiontes ainda permanece sem solução.
Uma vez que tanto a proteína quanto os ácidos nucléicos (juntamente com outras substâncias mais simples) são necessários para desenvolver e reproduzir os organismos que vivem hoje, uma pergunta óbvia é qual destas substâncias surgiu primeiro? Nenhuma resposta clara está disponível para isso.
Primeiro modelo de RNA:
Nos últimos anos, as evidências são a favor de que o RNA seja material do primeiro gene formado (Woese, 1967, Crick 1968, Orgel 1973, 1986 Watson e outros 1986, Darnell e outros 1986). Assim, o RNA pode ter sido o primeiro polímero e alguma forma de transcrição reversa pode ter dado origem ao DNA e o RBA e o DNA passaram a controlar a síntese de proteínas.
Por que o RNA e não o DNA foi a primeira molécula viva?
As atividades enzimáticas das moléculas de RNA estão sendo constantemente descobertas, mas nenhuma atividade enzimática foi atribuída ao DNA. Além disso, a ribose é muito mais facilmente sintetizada do que a desoxirribose sob condições prebióticas estimuladas. Uma molécula de RNA vantajosa seletiva seria aquela que direciona a síntese de proteína que acelera a replicação de RNA particular (isto é, RNA polimerase).
Os RNAs poderiam ter catalisado a formação de moléculas lipídicas que poderiam, por sua vez, formar a membrana plasmática e as proteínas. As proteínas podem ter assumido a maioria das funções enzimáticas porque são melhores catalisadores que os RNAs. Se as primeiras células usaram o RNA como sua molécula hereditária, então o DNA evoluiu a partir de um modelo de RNA. Uma vez que as células evoluíram, o DNA provavelmente substituiu o RNA na maioria dos organismos.
Formação das Células Mais Primárias:
(i) Os primeiros organismos vivos se originaram entre moléculas orgânicas e na atmosfera livre de oxigênio (atmosfera redutora). Eles presumivelmente obtiveram energia pela fermentação de algumas dessas moléculas orgânicas. Eles eram anaeróbios, capazes de respirar na ausência de oxigênio. Eles dependiam das moléculas orgânicas existentes para sua nutrição e, portanto, eram heterotróficos.
(ii) Quando o suprimento de moléculas orgânicas existentes foi exaurido, alguns dos heterótrofos podem ter evoluído para autótrofos. Estes organismos foram capazes de produzir suas próprias moléculas orgânicas por quimiossíntese ou fotossíntese.
(a) Quimiossíntese:
Os organismos que realizam a quimiossíntese são chamados quimioautotróficos. Eles eram anaeróbicos. Os quimioautotróficos desenvolveram a capacidade de sintetizar moléculas orgânicas a partir de matérias-primas inorgânicas. Tal modo de nutrição está presente até hoje em algumas bactérias, por exemplo, bactérias sulfúricas, bactérias do ferro, bactérias nitrificantes.
(b) Fotossíntese:
Os organismos fotossintéticos, os fotoautotróficos, desenvolveram a clorofila pigmentada pela combinação de substâncias químicas simples. Eles prepararam alimentos orgânicos usando energia solar capturada com a ajuda da clorofila. Eles não tinham as vias bioquímicas para produzir oxigênio. Eles ainda eram anaeróbicos e utilizavam hidrogênio de outras fontes além da água.
Posteriormente, o oxigênio liberando organismos fotossintéticos se desenvolveu. Estes eram semelhantes às algas verdes azuis existentes (cianobactérias). Eles usaram água para obter hidrogênio e liberaram oxigênio. A adição de O 2 à atmosfera começou a oxidar o metano e a amônia, que começaram a desaparecer.
CH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O
4NH 3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O
A vida esteve presente na Terra cerca de 3, 9 bilhões de anos atrás. No entanto, os microfósseis mais antigos descobertos até agora são os das cianobactérias fotossintetizantes que apareceram entre 3, 3 e 3, 5 bilhões de anos atrás.
Formação de Camada de Ozônio:
Como o oxigênio se acumulou na atmosfera, a luz ultravioleta transformou algum tifoxigênio em ozônio.
2O 2 + O 2 → 2O 3
O ozônio formou uma camada na atmosfera, bloqueando a luz ultravioleta e deixando a luz visível como a principal fonte de energia.
Origem das células eucarióticas (células nucleares verdadeiras):
A respiração aeróbica evoluiu com oxigênio suficiente na atmosfera primitiva. Os procariontes modificaram-se gradualmente para adaptar-se segundo novas condições. Eles desenvolveram um núcleo verdadeiro e outras organelas celulares especializadas. Assim, os organismos semelhantes a células eucarióticas de vida livre originaram-se no Oceano Ancierit presumivelmente cerca de 1, 5 mil milhões de anos atrás. Eucariotos primitivos levaram à evolução de protistas, plantas, fungos e animais.
Resumo dos principais passos na origem da vida de acordo com a moderna teoria da origem da vida.
