O mistério da vida

O estudo da matéria viva está no centro de todos os esforços científicos atuais. As recentes vitórias da ciência incluem a clonagem de Dolly, a ovelha, e a obtenção da se qüência dos três bilhões de nucleotídeos dos cromossomos humanos.1 Mas, estranhamente, a própria vida não é o objeto de maior estudo. Os cientistas parecem pensar casualmente na existência da vida. É difícil achar qualquer discussão sobre a essência da vida em monografias ou compêndios correntes. Essas publicações explicam muito bem a composição da matéria viva e como seus elementos funcionam. Mas tal informação não é suficiente para explicar a vida e por que os constituintes da matéria viva são, em si mesmos, sem vida.

Decomponhamos, a título de exemplo, a matéria viva e então recombinemos seus componentes isolados. Essa pesquisa irá fornecer uma coleção impressionante de substâncias inertes, mas não com vida. Até aqui a ciência não pôde criar a matéria viva em laboratório. Será isso por que a matéria viva contém um ou mais componentes que não podem ser supridos pelo químico? A resposta, como desenvolvida neste artigo, apresentará um ponto importante quanto à origem da vida.

Qual é a origem da vida?

Há mais de cem anos, Louis Pasteur e outros demonstraram a tolice da abiogênese — a transformação espontânea de matéria sem vida em organismos vivos. Os biólogos agora dizem simplesmente: “Vida só pode provir de vida”. Não obstante, os cientistas geralmente aceitam o conceito de que a vida se desenvolveu abiologicamente numa Terra primitiva. Assim fazendo, para sua própria conveniência, eles afirmam que as condições do “mundo primitivo” eram apropriadas à geração espontânea da vida.

Outros teorizam sobre a possibilidade de a vida ter sido importada do espaço exterior para a Terra. Embora a Terra esteja populada por milhões de diferentes espécies de organismos, não há evidência de vida em qualquer parte no sistema solar. E, além disso, há três e meio anos-luz de espaço vazio até a estrela mais próxima, a Alfa do Centauro.

A última opção lógica para a origem da vida é a criação realizada por um Criador sobrenatural. Mas a ciência, em sua tentativa de explicar tudo por leis naturais, rejeita essa opção como estando fora dos limites científicos.

A vida não é uma entidade tangível

A vida não é uma entidade tangível. Não pode ser posta num recipiente e manuseada. Somente vemos “vida” em associação com espécies únicas de matéria, as quais têm capacidade de crescer, dividir-se em réplicas e também de responder a vários estímulos externos, utilizando luz ou energia química para efetuar todas essas coisas.2

O termo vida tem diferentes sentidos, podendo referir-se a um organismo, um órgão ou uma célula. Órgãos humanos podem continuar a viver depois da morte da pessoa se, dentro de certo tempo, forem transplantados para um indivíduo vivo. A sobrevivência de um fígado, rim ou coração transplantado, significa algo bem diferente da “vida” humana. Ademais, a vida de cada órgão depende da vitalidade de suas células.

Todas as manifestações de vida dependem de células vivas, as unidades mais fundamentais da matéria viva. Quando uma célula viva se divide, remanesce uma coleção muito complexa de estruturas subcelulares, mas sem vida: membranas, núcleos, mitocôndrias, ribossomos, etc.

Há uma seqüência ininterrupta entre matéria viva e não-viva, como alguns afirmam? Se houver, a questão da origem da vida torna-se discutível. Evoluir de um estado para outro seria semelhante a outras transformações químicas. Exemplos de organismos que supostamente transponham o abismo entre o vivo e o não-vivo incluem vírus, príons, microplasmas, rickéttsias e clamídias.

Com efeito, vírus e príons são biologicamente ativos, mas entidades nãovivas. O termo “vírus vivo” é inapropriado, embora os vírus sejam agentes biologicamente ativos e infectem células vivas. Os príons são proteínas singulares que têm a capacidade de alterar as estruturas de outras proteínas.3 As proteínas recém-transformadas, por sua vez, exercem atividade priônica, criando um efeito-dominó de alteração protéica. A propriedade priônica faz com que eles se tornem infecciosos. Para sua reprodução os príons, como os vírus, precisam de células vivas.

Rickéttsias, clamídias e microplasmas, por outro lado, acham-se entre os menores organismos vivos. Os primeiros dois têm sérias deficiências metabólicas e só podem existir como parasitas intracelulares. Há um vasto abismo entre matéria viva e a não-viva. Isso reflete melhor nossa incompetência de extrair vida de matéria anorgânica em laboratório.

A composição da matéria viva

Estruturalmente a matéria viva é composta de uma combinação de água e de moléculas grandes, frágeis e sem vida, de proteínas, polissacarídeos, ácidos nucléicos, e lipídios. A Tabela 1 fornece a composição química de uma célula bacteriana típica, a Escherichia coli.

A água serve de meio em que as mudanças químicas ocorrem. Proteínas e lipídios são os principais componentes estruturais das células. As proteínas também controlam todas as mudanças químicas. Sem mudanças químicas a vida não pode existir. Saber como as proteínas interajem com as transformações químicas é indispensável à compreensão da base química da vida.

A estrutura das proteínas: uma analogia idiomática

As proteínas existem em milhares de formas diferentes, cada qual com propriedades químicas e físicas únicas. Essa diversidade se deve a seu tamanho. Cada proteína pode conter centenas de aminoácidos, e há vinte aminoácidos diferentes. O que cada proteína é capaz de fazer depende da ordem em que seus aminoácidos estão ligados. Para compreendermos esse aspecto biológico, consideremos a analogia da linguagem escrita.

Em qualquer língua, o significado das palavras depende da seqüência das letras. No alfabeto inglês, por exemplo, temos vinte e seis letras. Com elas formamos as palavras. Umas 500 mil diferentes combinações de letras são reconhecidas como palavras significativas. Com algum esforço poderíamos produzir outras 500 mil, ou mais, combinações sem sentido. Semelhantemente, os milhões de diferentes proteínas representam uma fração minúscula de todas as combinações possíveis de aminoácidos.4

Quando as palavras são escritas erradamente, seu sentido fica adulterado ou perdido. De igual modo, para que as proteínas funcionem adequadamente, seus aminoácidos precisam estar na seqüência de outros em ordem correta. Os resultados de alterações na seqüência de aminoácidos podem ser drásticos. A proteína transportadora de oxigênio no sangue, a hemoglobina, é constituída de quatro cadeias de mais de 140 aminoácidos cada uma. Na anemia falciforme, uma doença hereditária, apresenta-se um aminoácido alterado na sexta posição de uma seqüência específica de 146. Essa mudança causa distorção nos glóbulos vermelhos, o que resulta em anemia e muitos outros problemas.

Informação genética e seqüências de aminoácidos

Como o sistema produtor de proteínas conhece as seqüências corretas de aminoácidos para cada uma das milhares de proteínas? Os cromossomos de cada célula são bibliotecas repletas de tais informações. Cada volume dessa biblioteca é um gene. Quando a célula necessita de certa proteína, ela ativa o gene dessa substância e a síntese tem início. Os detalhes desse processo podem ser vistos em qualquer compêndio atual de biologia ou bioquímica. Basta lembrar que mais de cem eventos químicos distintos têm de ocorrer para que a síntese da proteína aconteça.

Todas as manifestações da vida dependem de transformações químicas. Essas modificações sucedem quando grupos de átomos (moléculas) ganham, perdem ou re-arranjam seus elementos. Uma classe de proteínas, as enzimas, unem moléculas específicas e facilitam suas transformações químicas. Na Escherichia coli, ou bacilo coliforme, há cerca de 3.000 diferentes tipos de enzimas, os quais facilitam 3.000 mudanças químicas diferentes.

As enzimas aceleram intensamente as reações. Isso poderia ser um problema grave porque, quando uma reação é completada, seu ponto final, conhecido como equilíbrio, é alcançado, e não ocorrem outras mudanças químicas posteriores. Uma vez que a vida depende de mudanças químicas, quando todas as reações atingem seus pontos finais, a célula morre.

É impressionante que na matéria viva nenhuma das reações jamais atinge o equilíbrio. A razão é que as mudanças químicas estão interligadas, de modo que o produto de uma modificação química forma a substância básica para a seguinte. Se as moléculas biológicas fossem representadas pelas letras maiúsculas do alfabeto, uma seqüência típica de conversões químicas apareceria como a Figura 1 ilustra.

Tal seguimento, ou “trilha bioquímica”, parece-se como uma linha de montagem industrial. O produto final deste traçado particular, a substância F, é utilizado pela célula e, portanto, não se acumula. Na matéria viva ou orgânica, cada um dos milhões de moléculas (Tabela 1) é mantido em seu rumo. Qualquer deficiência ou excesso resulta imediatamente em ajustes nas taxas de transformações químicas.

A Figura 2 mostra que numa célula viva a matéria é organizada em hierarquias sucessivamente mais complexas. As flechas representam traçados bioquímicos que vão desde substâncias simples até as complexas. A dependência recíproca entre os componentes celulares na direção vertical, é comparada às relações lógicas entre letras, palavras e sentenças da linguagem escrita, até o nível de um livro.

Contudo, o grau de tolerância a erros é muito menor em biologia. Palavras malsoletradas, sentenças confusas ou parágrafos faltantes podem inutilizar um documento. Mas por causa da estreita interdependência funcional de seus componentes, as células estariam em grande dificuldade se suas partes não fossem completadas integralmente.

Há também uma complementação horizontal entre os componentes celulares. Por exemplo, as proteínas não podem ser manufaturadas sem a assistência dos ácidos nucléicos; e ácidos nucléicos não podem ser sintetizados sem as proteínas. De uma perspectiva química evolucionista, esse problema se parece com o enigma clássico da “galinha e do ovo”. (Ver a Figura 2.)

Toda senda biossintética conduz a níveis sucessivamente mais complexos de organização da matéria. Toda vereda é regulada de modo que seu produto seja apropriado para as necessidades da célula. A vida da célula depende da operação harmoniosa e quase simultânea de seus vários componentes. Durante um crescimento equilibrado existe um estado constante; isto é, há apenas perturbações mínimas no fluxo de matéria através de suas trilhas. Como não é permitido a nenhuma das reações atingir seu ponto final, cada uma das milhares de reações químicas interligadas se encontra num estado de desequilíbrio constante.

Tentativas químicas evolucionistas

Se há forças naturais que produzem vida, devíamos buscar diligentemente descobri-las e usá-las. Se a abiogênese fosse possível, poderia ser aproveitada para restaurar a vida das células, órgãos e mesmo organismos mortos. Quem argumentaria que a criação de matéria viva, ou a reversão da morte, não seria a descoberta mais significativa para a humanidade?

Contudo, a história de bioquímica sugere que isso é improvável. Na década de 1920, quando Oparim e Haldane primeiramente propuseram que a vida se originou espontaneamente numa Terra primitiva, a bioquímica estava em sua infância. Mesmo esse conceito era uma elaboração da idéia de Darwin, de que a vida surgiu num lago morno.5 O primeiro curso metabólico só foi descrito na década de 1930. A estrutura e a função do material genético começaram a ser compreendidas na década de 1950. A primeira seqüência dos aminoácidos de uma proteína, a insulina, foi traçada em 1955, e a primeira seqüência de nucleotídeos do cromossomo de um organismo vivo foi publicada em 1995.

À medida que a base química da vida começou a ser mais bem compreendida, ela se mostrou mais complexa do que originalmente imaginada, e as primeiras sugestões abiogenéticas deveriam ter sido reconsideradas. Em vez disso, a ciência embarcou numa longa viagem de meio século para demonstrar experimentalmente a plausibilidade da abiogênese.

Os primeiros experimentos sugerindo a razoabilidade da evolução química foram feitos por Stanley Miller, que em 1953 publicou a síntese de aminoácidos e de outras substâncias orgânicas sob condições primitivas simuladas.6 Subseqüentemente, surgiu uma subdisciplina que fornecia evidências laboratoriais da produção de 19 dos 20 aminoácidos, e de quatro ou cinco bases nitrogenadas necessárias para síntese de ácido nucléico, de monossacarídeos e ácidos graxos, tudo sob hipotéticas condições primitivas variáveis.7 Todas essas substâncias são componentes dos quais os grandes biopolímeros são feitos, projetando a possibilidade da produção primária de biopolímeros.

Contudo, a demonstração da ligação de blocos de células em cadeias de polímeros não pôde ser realizada. Todo o elo entre os blocos de substâncias típicas requer a remoção da água. Isso é praticamente impossível no ambiente hídrico dos pressupostos oceanos primitivos. Ademais, as seqüências nas quais os aminoácidos se unem para transformar as proteínas ou nucleotídeos em ácidos nucléicos, são as que determinam a função desses biopolímeros. Além da matéria viva, não há mecanismos conhecidos que garantam se qüências significativas e reproduzíveis em proteínas ou ácidos nucléicos.

Sob condições primitivas simuladas, material semelhante à proteína tem sido produzido com o aquecimento de amostras de aminoácidos a altas temperaturas. Contudo, esses “proteinóides” eram aminoácidos ligados aleatoriamente por elos não naturais, os quais apresentam pouca semelhança com as proteínas reais.8

Os nucleotídeos, blocos formadores dos ácidos nucléicos, ainda não foram sintetizados sob condições primitivas simuladas. Essa é uma tarefa formidável e que requer a ligação de uma base de purina ou pirimidina a um açúcar, e desse a um fosfato. O desafio aqui não é somente a remoção da água, mas o fato de que esses três componentes podem ser ligados por dezenas de modos diferentes. Todas as combinações, exceto uma, não têm valor biológico. É desnecessário dizer que os ácidos nucléicos ainda não foram sintetizados.

Mas isso não impediu que muitos cientistas postulassem que as células vivas mais primitivas continham inicialmente ácidos ribonucléicos. Essa hipótese de um “Mundo ARN” ganhou popularidade depois que se descobriu que certas moléculas de ARN tinham atividades catalíticas. Até então, acreditavase que a catálise fosse área exclusiva de proteínas.

Embora não seja possível fabricar biopolímeros biologicamente úteis sob condições primitivas simuladas, podemos obtê-los a partir de células anteriormente vivas. Misturando esses biopolímeros isolados, é possível abreviar a evolução química tornando possível verificar se a vida se originará em tal mistura. Mas em tal experimento, tudo está em equilíbrio. Uma vez que a vida ocorre somente quando todos os eventos químicos dentro da célula se acham em estado de desequilíbrio, o máximo que se pode conseguir através desse método é uma coleção de células mortas.

Como produzir matéria viva

Sabemos exatamente como produzir matéria viva: Primeiro, projete e sintetize alguns milhares de diferentes aparelhos moleculares capazes de converter substâncias simples, comumente disponíveis no meio ambiente, em biopolímeros complexos. Segundo, certifiquese de que tais dispositivos sejam capazes de auto-reprodução precisa. Terceiro, certifique-se de que essas unidades possam sentir seu meio ambiente e se ajustar a quaisquer mudanças que nele ocorram. Então, é simplesmente uma questão de dar início simultâneo a centenas de rotas bioquímicas, mantendo o estado de desequilíbrio de cada conversão química, garantindo a disponibilidade de contínuo suprimento de matéria- prima, e provendo a remoção eficiente de refugos.

Uma exigência mínima para se criar tais mecanismos biológicos complexos é a familiaridade absoluta com a matéria em nível atômico e molecular. Você também precisará de grandes idéias quanto ao uso dessas complexas maquinarias vivas, alimentando uma esperança proporcional ao esforço despendido em criá-las. Fabricar células vivas requer controle absoluto de cada molécula grande ou pequena. Essa é uma capacidade que a ciência não possui. Os químicos podem transformar grandes números de moléculas de uma forma em outra, mas não podem transportar moléculas selecionadas através de membranas para inverter as condições de equilíbrio. É por isso que não podemos reverter a morte.

Como se originou a vida na Terra? Este artigo mostrou a grande discrepância entre a bioquímica da matéria viva e as pretensões daqueles que gostariam de poder explicar sua origem por abiogênese. Cinqüenta anos de pesquisa bioquímica demonstraram inequivocamente que, a despeito de quais sejam as condições, a abiogênese é uma impossibilidade. É apenas uma questão de tempo antes que o edifício chamado “evolução química” imploda sob o peso dos fatos.

Para o crente no relato bíblico da Criação, a asserção de que somente o Criador pode criar a vida não é um argumento para o “Deus das lacunas”. Temos uma boa idéia do que seja necessário para criar a vida, somente não podemos fazê-lo. Essa é uma afirmação de que a vida não pode existir sem Deus. Com efeito, a vida torna-se uma evidência a favor de um Criador todo-sapiente, que decidiu criar a vida e partilhá-la conosco.

George T. Javor (Ph.D. pela Columbia University) leciona bioquímica na Loma Linda University, Loma Linda, Califórnia, EUA. Seu e-mail: gjavor@som.llu.edu

Notas e referências

  1. S. Lander e 253 outros, “Initial sequencing and analysis of the human genome,” Nature 409 (2001):2001. Ver também J. C. Vent e 267 outros, “The sequence of the human genome,” Science: 291(2001):1304.
  2. Uma tal análise da vida pode parecer bastante materialista a muitos que acham que a Bíblia ensina um ponto de vista diferente — o qual não insiste que a vida esteja associada à matéria. Conquanto possam existir realidades mais amplas de vida inacessíveis a nós, tanto quanto interesse à ciência, percebemos a vida na Terra somente em associação com a matéria. A Bíblia apóia a noção de que a vida que conhecemos na Terra está associada à matéria. Ver Gênesis 2:7: “E formou o Senhor Deus o homem do pó da terra e soprou em seus narizes o fôlego da vida: E o homem foi feito alma vivente”. Uma combinação do fôlego de vida e do pó do solo deu origem à pessoa viva. Semelhantemente, uma pessoa morre quando lhe sai o fôlego e ela volta ao pó. “Nesse mesmo dia perecem toldos os seus desígnios.” (Salmo 146:4.) O “retorno à terra” marca o ponto final da existência humana. Embora seja possível especular sobre o significado do “fôlego de vida” e do “fôlego” das pessoas, é claro que a vida, como experimentada na Terra, não continua após a morte. A Bíblia nada menciona sobre uma forma de vida desencarnada. Aceitar a base material da vida sobre a Terra, portanto, não nos torna materialistas.
  3. S. B. Prusiner, “Prion Diseases and the BSF Crisis,” Science 278 (1997): 245.
  4. O número de possíveis seqüências diferentes para uma proteína de 100 aminoácidos é 1.2 x 100130 ou 12 seguido de 129 zeros!
  5. F. Darwin, The Life and Letters of Charles Darwin (New York: D. Appleton, 1887), II: 202. Carta escrita em 1871.
  6. S. L. Miller, “A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions,” Science 117 (1953): 528.
  7. C. B. Thaxton, W. L. Bradley, e R. L. Olsen, The Mystery of Life’s Origins (New York: Philosophical Library, 1984), p. 38.
  8. S. W. Fox e K. Dose, Molecular Evolution and the Origins of Life (New York: Marcel Dekker Publishing Co., 1977), second edition.