EVOLUÇÃO QUÍMICA GRADUAL

Segundo Oparin, formas de organização molecular mais estáveis foram selecionadas durante o processo de complexação molecular, culminando com as formas moleculares da atualidade.  Originalmente, na Terra primitiva, moléculas inorgânicas reagiam através das propriedades físico-químicas de seus componentes. Com o rearranjo molecular que naturalmente ocorreria através de interações químicas, o aumento da complexidade e o aparecimento de novas propriedades surgiram.

Oparin propunha que Terra possuía uma atmosfera contendo metano, amônia, hidrogênio e água. E que estes teriam sido os elementos essenciais para o surgimento das primeiras moléculas orgânicas, que se complexaram e permitiram o surgimento da vida. Em um primeiro momento da existência do planeta, o resfriamento da crosta permitiu o acúmulo de água, constituindo os mares primitivos que foram o alicerce de formação da sopa primordial.

Violentas tempestades elétricas e a ação intensa da radiação solar e cósmica poderiam ter fornecido a energia necessária para priomover a interação dos elementos químicos presentes no planeta, culminando com o surgimento de moléculas cada vez maiores e mais complexas do ponto de vista químico. O acúmulo destas moléculas levou à formação de mares ricos em moléculas orgânicas, as quais puderam formar agregados e interagir, permitindo o surgimento de diversos tipos de coacervados. Os coacervados não são células propriamente ditas, mas uma organização simples das moléculas orgânicas, principalmente proteínas, em um sistema isolado. 

Apesar de isolados, estes sistemas podiam realizar trocas com o meio externo, havendo possibilidade de ocorrerem inúmeras reações químicas entre as moléculas agregadas em seu interior. O aumento de complexidade dos coacervados culminou com o surgimento da primeira célula.

Na década de 50, Stanley Miller demonstrou, em um experimento relativamente simples, que compostos orgânicos tais como aminoácidos, ácidos hidroxílicos, aldeídos e hidrocianeto poderiam ser espontaneamente formados a partir de uma mistura de amônia, metano, hidrogênio e vapor de água que fosse aquecida e sujeita a descargas elétricas.

Segundo esta teoria, a origem das moléculas orgânicas é abiótica. Neste cenário, a evolução molecular e a transição para a vida requereu um papel preponderante da molécula de RNA, em um modelo conhecido como “mundo do RNA”. Assim, nem DNA nem proteínas foram os elementos responsáveis pelo salto da evolução, e sim a molécula de RNA, que possivelmente cumpriu simultaneamente os papéis de “primeiro gene” e “primeira enzima”. O sistema de codificação no DNA seria, então, posterior ao RNA.

A informação necessária para o surgimento da vida teria se estabelecido em etapas, como apresentado a seguir:

1 – criação da sopa prebiótica rica em compostos orgânicos produzidos naturalmente a partir dos elementos inorgânicos da atmosfera

2 – produção de pequenas moléculas de RNA, com seqüências aleatórias

3 – surgimento de moléculas catalíticas de RNA e replicação seletiva

4 – síntese de peptídeos específicos catalisada por RNAs

5 – incremento do papel funcional dos peptídeos na replicação de RNA, com co-evolução de RNA e proteínas

6 – desenvolvimento de sistemas simples de tradução

7 – formação de moléculas de DNA a partir do RNA

8 – estabelecimento do DNA como material informacional

No ambiente da sopa primordial, rica mistura de compostos orgânicos das mais variadas estruturas químicas, as primeiras formas de vida possivelmente foram quimiotróficas. O salto evolutivo seria associado ao surgimento dos primeiros pigmentos, capazes de capturar energia da luz e fixar carbono em moléculas orgânicas. Surge, então, o autotrofismo. Supõe-se que o doador de elétrons primário tenha sido o H₂S, e que o sistema tenha evoluído para o uso da água, com liberação de oxigênio. Estes processos iniciais surgiram em um ambiente com pouco oxigênio molecular, sendo, então, basicamente processos anaeróbios. O aumento da concentração de oxigênio na atmosfera representou outro salto evolutivo, já que o O₂ é um potente oxidante e um veneno letal para os anaeróbios.

Os detalhes do curso evolutivo no planeta não podem ser deduzidos somente a partir de registros fósseis, mas através de comparações morfológicas e bioquímicas entre os organismos atuais, que sugerem uma seqüência de eventos consistente com as evidências fósseis. Para o surgimento dos eucariotos, 3 mudanças foram necessárias:

1 – surgimento de um sistema de empacotamento de DNA, compatível com o grau de expansão em comprimento da molécula

2 – compartimentalização do DNA, separando os processos de síntese de RNA da produção de proteínas

3 – associação endosimbionte que capacitou as células eucariontes primitivas a realizar o metabolismo aeróbio (mitocôndria) e a fotossíntese (cloroplasto). O modelo de teoria endosimbionte sugere que o primeiro evento de associação foi entre a célula eucarionte ancestral e bactérias aeróbias, constituindo células eucariontes aeróbias. A partir daí, a associação com cianobactérias fotossintéticas permitiu o aparecimento de células eucariontes aeróbias fotossintéticas.

Temporalizando:

4.500.000.000 – surgimento da Terra

4.000.000.000 – surgimento dos oceanos

3.500.000.000 – surgimento das bactérias fotossintéticas sulfurosas

3.000.000.000 – surgimento das bactérias fotossintéticas produtoras de O₂

2.500.000.000 – surgimento das bactérias aeróbias

2.200.000.000 – atmosfera rica em O₂ começa a ser formada

1.500.000.000 – surgimento dos primeiros eucariotos

1.200.000.000 – primeiras associações endosimbióticas

900.000.000 – surgimento de algas verdes e algas vermelhas

400.000.000 – diversificação dos organismos multicelulares eucariontes