10 fatos interessantes de DNA

Quanto você sabe sobre o DNA?

 

Atualizado em 23 de maio de 2019

 

Códigos de DNA ou ácido desoxirribonucleico para sua composição genética. Existem muitos fatos sobre o DNA, mas aqui estão 10 que são particularmente interessantes, importantes ou divertidos.

Principais descobertas: fatos de DNA

• DNA é o acrônimo de ácido desoxirribonucleico.
• O DNA e o RNA são os dois tipos de ácidos nucleicos que codificam a informação genética.
• O DNA é uma molécula de hélice dupla construída a partir de quatro nucleotídeos: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C).

1. Mesmo que ele codifique todas as informações que formam um organismo, o DNA é construído usando apenas quatro blocos de construção, os nucleotídeos adenina, guanina, timina e citosina.
2. Todo ser humano compartilha 99% de seu DNA com todos os outros seres humanos.
3. Se você colocar todas as moléculas de DNA em seu corpo de ponta a ponta, o DNA alcançará da Terra ao Sol e voltará mais de 600 vezes (100 trilhões de vezes seis pés dividido por 92 milhões de milhas).
4. Um pai e uma criança compartilham 99,5% do mesmo DNA.
5. Você tem 98% do seu DNA em comum com um chimpanzé.
6. Se você pudesse digitar 60 palavras por minuto, oito horas por dia, levaria aproximadamente 50 anos para digitar o genoma humano . 
7. O DNA é uma molécula frágil. Cerca de mil vezes por dia, algo acontece para causar erros. Isso pode incluir erros durante a transcrição, danos causados ​​por luz ultravioleta ou qualquer outro tipo de atividade. Existem muitos mecanismos de reparo, mas alguns danos não são reparados. Isso significa que você carrega mutações! Algumas das mutações não causam danos, algumas são úteis, enquanto outras podem causar doenças, como o câncer. Uma nova tecnologia chamada CRISPR poderia nos permitir editar genomas, o que poderia nos levar à cura de mutações como o câncer, a doença de Alzheimer e, teoricamente, qualquer doença com um componente genético.

1. Cientistas da Universidade de Cambridge acreditam que os seres humanos têm DNA em comum com o verme da lama e que é o mais próximo invertebrado genético em relação a nós. Em outras palavras, você tem mais em comum, geneticamente falando, com um verme de lama do que com uma aranha, um polvo ou uma barata.
2. Humanos e repolho compartilham cerca de 40-50% de DNA comum.
3. Friedrich Miescher descobriu o DNA em 1869, embora os cientistas não compreendessem que o DNA era o material genético nas células até 1943. Antes disso, acreditava-se amplamente que as proteínas armazenavam informações genéticas.

Genoma: O livro da vida, edição integral

É uma revolução: a ciência quer decifrar o genoma - a enciclopédia que registra em código toda hereditariedade do homem. Serão quinze anos de trabalho e uma conta de 3 bilhões de dólares. O alvo são mais de 3 mil doenças genéticas.

Por Marcus Cabral (2018)

No começo, a idéia tinha um tom quixotesco. Uma turma de cinqüenta biólogos, reunidos em março de 1986 no Laboratório Nacional de Los Alamos, famoso por ter sido palco do desenvolvimento da bomba A americana, discutiam uma empreitada fora do comum, tanto que um dos presentes a comparou à saga dos cavaleiros da Távola Redonda em busca do cálice de Cristo. “Decifrar o genoma humano vai ser o Santo Graal da Genética” ousou, entusiasmado o biólogo norte-americano Walter Gilbert, prêmio Nobel de Química de 1980, para uma platéia entre cética e espantada. Para começar, mesmo os geneticistas evitavam usar a palavra genoma, pois designa algo amplo demais – o patrimônio completo da herança genética de um ser vivo.


Mas, ao fim da reunião de Los Alamos, não só a palavra acabava de ser entronizada, como a proposta de Gilbert tinha seduzido seus colegas. Nascia, em suma, um dos mais audaciosos projetos de investigação científica já imaginados pelo homem – desvendar, um a um, todos os segredos da hereditariedade e do código genético humano. Três meses depois, em outra reunião, Gilbert rabiscou no quadro-negro a cifra que daria ao projeto uma dimensão histórica: 3 bilhões de dólares, a serem gastos ao longo de quinze anos.

A partir de então, a ideia passou a conquistar adeptos entre cientistas e leigos, todos de olho no fruto dourado que ela promete – revolucionar a Medicina, descobrindo a origem e talvez a cura das mais de 3 mil doenças hereditárias que afligem a humanidade.

Numa escalada sem precedentes na história da ciência, pouco menos de dois anos depois de lançado, o Projeto Genoma entrou na reta final para obter o apoio financeiro do governo dos Estados Unidos. E, em fevereiro último, foi oficialmente apoiado pela Associação Americana para o Progresso da Ciência (equivalente à SBPC brasileira). Trata-se de um avanço portentoso para um ramo do conhecimento com apenas um século de existência. De fato, faz pouco mais de cem anos que o abade austríaco Gregor Mendel (1822-1884) lançou as bases da Genética. Foi somente em 1944 que se descobriu o lugar onde se escondia, nas células, a molécula portadora das regras da hereditariedade.
Mais recentemente ainda, em 1953, os americanos James Watson e Francis Crick descobriram enfim a estrutura dessa prodigiosa molécula que faz passar, de geração em geração, todos os segredos da vida. Batizada de DNA, ácido desoxirribonucleico, ela comanda tudo: faz uma única célula de um embrião transformar-se nos 40 trilhões de células de um humano adulto e cumpre centenas de milhares de outras tarefas como determinar cada característica de um ser vivo. Ostenta a condição de mais longa molécula do corpo humano: completamente desenrolada alcança quase 1,80 m. Mas, aninhada no núcleo de uma célula, é discreta: ocupa o modestíssimo espaço de 6 milionésimos de metro.


Chamar o genoma de livro da vida, como fazem os cientistas, é mais que uma analogia. De fato, interpretar o que contém a molécula de DNA é um trabalho semelhante ao de organizar uma enciclopédia com todos os seus volumes, capítulos, verbetes (com as respectivas sentenças, palavras e sinais de pontuação). Os 23 pares de cromossomos armazenados no núcleo das células representariam os volumes da coleção, com os membros de um par trazendo informações mais ou menos correlatas.

O par XX ou XY, por exemplo, tem a ver com a determinação do sexo. Se os cromossomos são os volumes, os capítulos em que se dividem são os genes – aproximadamente 100 mil ao todo, carregando as receitas para a fabricação das proteínas necessárias a coisas tão variadas como a nutrição das células ou a constituição dos músculos ou ainda as defesas contra as infecções.
O alfabeto que a natureza usa para escrever essas mensagens químicas é de uma simplicidade espantosa. Tem apenas quatro letras, chamadas bases, que andam sempre aos pares e têm os nomes de adenina (A), tinida (T), citosina (C) e guanina (G).

A base A só faz par com a T, assim como C com G. Também o modo de escrever nessa curiosa língua é peculiar: na verdade, o livro inteiro da vida tem apenas uma única e compridíssima linha que lembra uma dupla espiral ou uma escada retorcida. Cada degrau é formado por um par de bases. Uma seqüência de três degraus forma uma palavra – o tripleto, na linguagem dos cientistas. Todas as palavras tem o mesmo tamanho. O vocabulário que essas palavras formam também é restrito — apenas 20 significados, cada qual correspondendo a um aminoácido, as substâncias básicas da vida que chegam às células via alimentos.

Os aminoácidos se juntam numa seqüência vigorosamente determinada pelos genes e assim constituem as proteínas que, por sua vez, constróem os tecidos, músculos, nervos, ossos – enfim, todo o organismo e todas as substâncias de que ele necessita. Ora, como 4 letras combinadas 3 a 3 produzem 64 possíveis resultados e como apenas 20 dessas palavras bastam para codificar aminoácidos, o que acontece com os 44 restantes?

A ciência ainda não tem uma resposta absolutamente segura para isso. Mas. ao que tudo indica. muitas dessas são apenas sinônimos, ou seja, codificam o mesmo aminoácido. Outras não codificam coisa alguma — aparentemente funcionam como uma espécie de ponto final. Quando aparecem, é sinal de que o gene já acabou de fornecer a seqüência completa de uma proteína, liderando a maquinaria celular para outras atividades. Como se não bastasse toda essa semelhança, algumas combinações de palavras genéticas agem como advérbios, regulando a intensidade da ação de outros genes. Em todo caso a gramática do livro da vida só poderá ser plenamente entendida quando todas as seqüências dos pares de bases formados pelas substâncias A, T, C e G – que constituem o genoma — forem identificadas e postas na ordem certa.

Compreende-se o custo e a duração do Projeto Genoma: o número de bases a seqüenciar é da ordem de 3 bilhões. Para se ter idéia da enormidade da tarefa, a mais comum e mais estudada das bactérias, a Escherichia coli, que habita o intestino humano, com menos de 2 mil genes, até hoje não teve seu DNA completamente decifrado. No caso da espécie humana, só se conseguiu por enquanto seqüenciar, isto é, saber letra por letra, apenas 1 por cento dos genes. O Projeto Genoma parte da premissa de que será possível completar esse seqüenciamento em quinze anos, usando máquinas automáticas. Numa segunda fase deverão entrar em cena sistemas avançados de computação para interpretar os resultados do seqüenciamento.

Isso porque dos aproximadamente 3 bilhões de bases do genoma apenas 5 por cento parecem comprometidos com a síntese de proteína. Os 95 por cento restantes, segundo os cientistas, formam uma espécie de genes obsoletos ou são simplesmente mensagens sem sentido – algo como ruídos de estática numa transmissão de rádio. Para ajudar a resolver esse problema, até a CIA, o serviço de espionagem americano, deu sua contribuição. Modelos de uma futuro máquina de seqüenciamento vão usar um chip projetado originalmente para separar automaticamente informações valiosos nos milhares de hora de sinais de rádio soviéticos gravado pela CIA. Esse chip supersecreto vai garimpar no genoma os 5 por cento de palavras que interessam de fato aos cientistas.

O certo é que a ciência e talvez o mundo não serão mais os mesmos depois do seqüenciamento completo do genoma. Desde já, aliás, tem-se uma formidável amostra do que poderá ser esse futuro nas proezas da engenharia genética, a manipulação de genes para a produção de substâncias como a insulina, ou para defender plantações de pragas ou ainda – a grande meta — para cortar pela raiz o mal das doenças hereditárias. Nessa área, as técnicas e instrumentos são tão fora do convencional como o chip da CIA. Para começar, quando um pesquisador fala num banco ou livraria de genes não está se referindo a algo impresso.

Aqui, as bibliotecas são coisas vivas. Tome-se, por exemplo, colônias de Charon – 21, um vírus que não transmite doenças. De posse delas, o geneticista recorre à engenharia genética cara abrigar dentro do seu código genético trechos do código humano. Ou seja, abre o DNA do vírus e nele emenda um pedaço do DNA humano. Resultado: o vírus passa a produzir as mesmas substâncias que tais genes fariam produzir numa célula humana. A ferramenta básica nesse trabalho, como à tesoura para o alfaiate, são as enzimas de restrição, as famosas laminas químicas que cortam o microscópico DNA em pontos exatos que não poderiam ser alcançados nem pelo mais fino bisturi.

As enzimas foram descobertas quase por acaso. Os cientistas notaram que certas bactérias conseguiam safar-se de infecções liderando série de elementos que matavam imediatamente o vírus. Ao fazer a autópsia desses vírus, descobriram que seus DNAs estavam completamente picotados.
Atualmente, já foram identificadas perto de cem dessas enzimas, cada uma cortando o DNA num lagar certo. Outra ferramenta indispensável são as sondas, fragmentos de DNA correspondentes a um trecho de um cromossomo, que podem ser inseridos em vírus de Charon – 21. O cientista não sabe que material genético humano os vírus têm armazenado em seus DNAs. Supõe-se, por hipótese, que esse material venha do cromossomo Y, que define, entre outras coisas o sexo masculino.
Nesse cromossomo, porém, estão muitas seqüências silenciosas. O trabalho do geneticista, então, é localizar o gene que interessa dentro do cromossomo e descobrir para que ele serve. Pois – e isso é importante – , mesmo quando ficar pronto o seqüenciamento do genoma humano, não se saberá automaticamente qual o gene que codifica a proteína responsável, digamos, pela cor dos olhos ou por determinada doença.

Em outras palavras, o livro da vida não vem acompanhado de algo parecido à pedra de Roseta, a partir da qual foi possível decifrar os hieroglifos do antigo Egito. Com métodos químicos, o geneticista abre em dois a espiral do DNA do vírus, um trecho do qual é igual ao humano.
E como serrar uma escada no sentido longitudinal no meio de cada degrau. Depois, faz-se o mesmo com o DNA do cromossomo Y de uma pessoa que tem alguma doença genética. As duas metades – a do vírus, com um trecho do DNA humano, e a do doente – vão-se encaixar como peças complementares de um jogo de dominó. Se a sonda não grudar em lugar algum do cromossomo, é sinal de que a pessoa não tem esse gene. Ora, como o geneticista conhece os sintomas – da doença, pode afirmar que a sonda inserida no vírus Charon – 21, que não grudou no cromossomo do doente, é o gene que falta – e sua ausência provoca a doença detectada no paciente.

O geneticista pode assim mapear o cromossomo, indicando onde fica o gene ausente responsável pela doença. Em seguida, ele analisa a proteína produzida pelo trecho do DNA humano inserido no vírus. A reposição dessa substância impedirá que a moléstia se manifeste. No futuro, especula-se, será possível fazer algo mais sensacional ainda: mudar as próprias proteínas. Hoje, a engenharia genética permite implantar numa bactéria, por exemplo, o gene que codifica a proteína responsável pela produção de insulina. Amanhã, o que se pode chamar de engenharia de proteína permitirá criar a proteína da insulina. É fácil perceber as conseqüências revolucionárias da existência de proteínas sob medida: basta lembrar que quase todas as substâncias produzidas pelas células vivas são proteínas e são elas que controlam quase todas as funções biológicas.

A nova Medicina não vai mais diagnosticar os males pelos órgãos nos quais se exprimem, mas diretamente o – na bagagem hereditária das pessoas. – Um exame pré-natal, por exemplo – revela que a criança é portadora de fernilcetonúria, defeito no gene que produz uma proteína encarregada de metabolizar o aminoácido fenilalanina. Quando a doença se manifesta, é tarde demais: a criança fica retardada. – “No caso da detecção precoce, examinando-se por meio de técnicas químicas o material colhido no liquido amniótico da gestante, uma dieta especial, sem aquele aminoácido, nos primeiros anos de vida da criança, salvará sua vida”, explica a biomédica Marilia Cardoso Smith, da Escola Paulista de Medicina. “O segredo é tratar do paciente antes que a doença se manifeste.”
No Brasil, onde se pode contar nos dedos o número de especialistas dedicados ao estudo dos genes humanos e onde eles às vezes precisam esperar uma eternidade pelo material de pesquisa importado, ainda se está relativamente longe dos milagres que talvez sejam banais depois da decifração do genoma. Marília Smith e sua equipe, por exemplo, não contam com instrumentos mais sofisticados do que um microscópio ótico. Mesmo assim, já trabalham na ante-sala do futuro, salvando vidas. Dentro de algumas décadas, suas técnicas vão parecer coisa de museu. Afinal, o genoma decodificado será então um banco de dados acessível a todos os centros de pesquisa e investigação.

Consultando a enciclopédia do genoma humano, o médico localizará o gene defeituoso de um paciente. Uma cópia perfeita desse gene, tirada de uma pessoa saudável, será introduzida num vírus inócuo, que passará a sintetizar a proteína ou o hormônio que falta ao doente. Amo e senhor de seu próprio genoma, o homem dará um salto inimaginável – se souber fazer uso desse segredo que a natureza guarda tão zelosamente.

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A célula é como uma cidade que guarda numa biblioteca uma grande enciclopédia de 46 volumes: os 23 pares de cromossomos.

Cada cromossomo é um livro com milhares de páginas onde estão todas as informações genéticas do organismo humano.

Cada gene é um capítulo que ensina como sintetizar as proteínas (a cor da pele, por exemplo, é resultado da presença ou não da melanina).
Cada tripleto é uma palavra que especifica um aminoácido, ou a parada de uma reação química ou o início de outro processo.
Cada nucleotídeo é uma letra com que se descreve tudo o que é vivo.

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Como funciona o seqüenciador

Com as técnicas atuais, uma equipe de mil cientistas levaria quase um século para identificar todos os 3 bilhões de bases do genoma humano. Mas já existe um equipamento capaz de fazer em apenas três dias o trabalho que um técnico faria em um ano. É o seqüenciador, uma aparelho de 100 mil dólares desenvolvido pelo bioquímico Leroy Hood, da Califórnia. O seqüenciador funciona como um híbrido de picotador de papel com olho eletrônico usado em corrida de cavalos. Primeiro, o fragmento de DNA cuja seqüência se quer descobrir é copiado milhares de vezes. As cópias são divididas em quatro grupos e a cada um se adiciona uma enzima de restrição – a tesoura química que corta o DNA em lugares específicos Formam-se então quatro tipos de sopas químicas de letras, cada uma terminada numa das bases A,G,C e T.

O passo seguinte é tingir essas sopas com um corante fluorescente diferente. As sopas, a seguir, são depositadas na ponta de uma placa de vidro coberta com uma emulsão neutra. A placa é uma espécie de pista de corrida para as moléculas pois o pólo positivo que tem na outra ponta atrai os fragmentos de DNA, de carga elétrica negativa. Quanto menor a molécula, ou seja, quanto menor o número de bases que ela carrega (o que depende do lugar onde foi cortado o DNA), mais rápido ela corre para a linha de chegada iluminada por um laser. Cada fragmento que passa por ele brilha na cor com o qual foi tingido e que identifica a sua origem – do grupo A, G, C ou T. A colocação final, anotada por um olho eletrônico sensível a cores, coincide exatamente com a ordem em que se encontravam as bases no segmento original. Está decifrada uma fração do genoma.

Herança genética pode ter dono?

Quando se começou a falar a sério em decifrar o genoma humano, houve cientistas que compararam o projeto ao episódio bíblico da expulsão de Adão e Eva do paraíso: o DNA seria a árvore do bem e do mal, cujos segredos dariam ao homem poderes para os quais ele não estaria preparado. O rol de conseqüências nefastas da identificação da bagagem genética seria de arrepiar os cabelos: a criação acidental de um supervírus que acabaria com a raça humana ou, mais terra a terra, a possibilidade de empregadores recusarem trabalho a candidatos geneticamente suscetíveis a certas doenças – ou, ao contrário, o favorecimento de trabalhadores portadores de certos genes.

Além disso, dependendo da legislação, os exames genéticos pré natais poderiam transformar-se em sentenças de morte para milhares de fetos. E a quem pertencerá o genoma? Um cientista que seqüenciar um gene poderá reivindicar direitos autorais sobre ele, cobrando royalties sobre todas as aplicações médicas de sua descoberta? Para o Prêmio Nobel Walter Gilbert, nada mais justo do que o copyright dos genes seqüenciados. “Os hospitais não cobram pelos serviços que prestam?”, argumenta ele. Já outro Prêmio Nobel (de Medicina, 1980), o francês Jean Dausset, combate a idéia. “A herança genética pertence a toda a humanidade e não pode ser propriedade de empresas”, contra-ataca.

Fiel a suas convicções, Dausset distribui de graça a pesquisadores do mundo inteiro sondas de DNA que ajudam a mapear a posição dos genes nos cromossomos – com a condição de que as descobertas resultantes também fiquem à disposição de quem precisar, sem pagamentos. Os pesquisadores brasileiros ainda estão longe desse debate que corre entre seus colegas americanos e europeus. Mas, pelo menos para um cientista familiar com a questão, não há por que se atemorizar. Diz Carlos Alberto Moreira Filho, professor de Imunologia do Instituto de Ciências Biomédicas da USP: “Os riscos são grandes, mas seguramente a humanidade saberá controlar os abusos para desfrutar dos enormes benefícios desse conhecimento novo”.

Por que é tão difícil definir o que é vida e o que são seres 'vivos'?

05/02/201716h42

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  O Zika vírus, relacionado a casos de microcefalia em bebês
  

A maioria das pessoas provavelmente não precisa pensar muito para distinguir seres vivos dos "não-vivos". Em tese, é fácil: um humano está vivo, uma rocha, não. A tarefa pode parecer simples, mas é bem mais complexa para cientistas e filósofos, que há milênios ponderam sobre o que faz uma coisa "estar viva".

Grandes intelectuais, como o grego Aristóteles e o cosmólogo americano Carl Sagan, debruçaram-se sobre esse problema, em milênios diferentes, e até hoje não há uma definição que agrade a todos.
Literalmente falando, ainda não temos um significado para vida, e a definição ficou ainda mais difícil nos últimos cem anos. Até o século 19, prevalecia a noção de que a vida era especial graças à presença de uma alma intangível, ou uma "fagulha vital".

Essa definição deu lugar a abordagens mais científicas. A NASA, a agência espacial dos Estados Unidos, por exemplo, define vida como "um sistema químico autossustentável capaz de evolução Darwiniana".

Essa é apenas uma de pelo menos cem definições já propostas para tentar se chegar a um conceito simples que englobe todas as formas de vida. Todas as sugestões focam em algumas atribuições comuns como replicação e metabolismo.

A falta de consenso para se chegar a uma definição reflete a divergência de ideias entre cientistas sobre o que é necessário para se estabelecer que algo "está vivo". Enquanto um químico poderia dizer que a vida se resume a algumas moléculas, um físico talvez considerasse importante incluir na discussão a questão da termodinâmica.

Para se ter uma ideia de por que é tão difícil definir vida, apresentamos um resumo sobre o que pensam alguns dos cientistas que hoje trabalham nessa fronteira que separa coisas "vivas" do restante - e que tenta chegar a um conceito e a um consenso sobre o termo.

Vírus

Nas aulas de biologia, crianças memorizam sete processos necessários para que haja vida: movimento, respiração, sensibilidade, crescimento, reprodução, excreção e nutrição. Mas os processos estão presentes em muitas coisas que nós não classificaríamos como "vivas".
Segundo essa definição, por exemplo, alguns cristais, proteínas infecciosas chamadas de príons e até certos programas de computador estariam "vivos". Nesse sentido, os vírus são um exemplo clássico da dificuldade de estabelecer algo como "vivo" ou "não vivo".

"Eles não são células, não têm metabolismo e são inertes desde que não encontrem uma célula", diz Patrick Forterre, microbiologista do Instituto Pasteur, em Paris, na França.
Muitos cientistas chegaram à conclusão de que os vírus não são vivos. Forterre pensa diferente, mas o cientista relativiza e admite que tudo depende de onde você decide colocar o ponto de corte.
Faltam aos vírus quase todos os atributos que os qualificariam como seres vivos. No entanto, eles possuem informações codificadas em DNA ou RNA (Ácido Desoxirribonucleico e Ácido Ribonucleico).

O DNA é o material genético de todos os organismos celulares e de grande parte dos vírus. O RNA é o material genético de alguns tipos de vírus e, nos organismos celulares, a molécula que dirige as fases da síntese de proteínas. Juntos, DNA e RNA transportam a informação necessária para dirigir a síntese de proteínas e sua replicação.

Essas estruturas, compartilhadas por todas as criaturas vivas do planeta, permitem que os vírus evoluam e se repliquem --mesmo que, para isso, precisem "sequestrar" a maquinaria de células vivas.
O fato de que os vírus, assim como todas as formas de vida conhecidas, carregam DNA ou RNA, levou alguns cientistas a incluí-los na categoria dos "vivos". Outros sugerem até que os vírus podem trazer pistas que nos ajudariam a compreender como a vida começou.

Nesse caso, a definição de vida deixa de ser um conceito em branco e preto e ganha formas e contornos mais nebulosos. Adotando essa linha de pensamento, alguns cientistas caracterizam os vírus como coisas que existem na "fronteira entre a química e a vida".

Replicação Imperfeita

Os polímeros também poderiam ajudar a identificar se algo é vivo ou não. Eles são materiais que apresentam ligações em cadeia entre átomos de carbono com outros elementos químicos.
A partir desses polímeros --ácidos nucleicos que constituem o DNA, proteínas e polissacarídeos-- é construída praticamente toda a vida, em sua diversidade. "A vida como a conhecemos se baseia em polímeros à base de carbono", disse Jeffrey Bada, do Instituto Scripps de Oceanografia em San Diego, na Califórnia, Estados Unidos.

Bada foi aluno do bioquímico Stanley Miller, um dos cientistas responsáveis pela Experiência Miller-Urrey, que, na década de 50, foi um dos primeiros a explorar a ideia de que a vida surgiria de substâncias químicas não vivas e que é clássica sobre a origem da vida.

Bada recorre ao experimento para demonstrar que, ao simular as condições atmosféricas dos primórdios da formação da Terra, vários compostos orgânicos eram formados espontaneamente.
Mais tarde, ele ainda refez o experimento, provando que uma variedade ainda maior de moléculas biologicamente relevantes é formada quando se lança eletricidade sobre uma mistura de substâncias químicas que, acredita-se, estavam presentes nas origens da Terra.
Mas essas substâncias químicas não estão vivas. Então, o que é necessário para que elas ganhem vida?
A resposta de Bada é surpreendente: "replicação imperfeita de moléculas informacionais teria marcado a origem da vida e da evolução, e assim, a transição da química não viva para a bioquímica".

O início da replicação, e mais especificamente, a replicação com alguns erros, leva à criação de "filhotes" com níveis diferentes de habilidade. Esses filhotes moleculares podem então competir uns com os outros pela sobrevivência. "Isso é, basicamente, a evolução Darwiniana em escala molecular", disse Bada.

Vida Desconhecida

Será que nós perceberíamos a presença de vida em Marte? Tentar adivinhar como seria a vida alienígena é ainda mais complicado. Pesquisadores como Charles Cockell e outros do Centro Britânico de Astrobiologia da Universidade de Edimburgo, na Escócia, usam microrganismos capazes de sobreviver em ambientes extremos como modelos para a vida extraterrestre.
A argumentação é de que a vida em outros planetas pode existir em condições bastante diferentes, mas provavelmente mantenha muitas das características da vida que nós reconheceríamos na Terra. "[Mas] temos de manter a mente aberta para a possibilidade de encontrarmos algo que não se enquadre nessa definição", disse Cockell.

Historicamente, a tentativa de usar apenas nosso conhecimento sobre a vida terrestre para identificar vida alienígena trouxe resultados confusos. A Nasa, por exemplo, achava que tinha uma boa definição para vida quando, em 1976, a nave espacial Vicking 1 conseguiu pousar em Marte, equipada com três equipamentos para "testar a vida".

Um teste em particular pareceu indicar que havia vida em Marte: os índices de dióxido de carbono no solo do planeta eram altos, um indício de que havia micróbios vivendo e respirando na superfície do Planeta Vermelho.
Na verdade, porém, os índices de dióxido de carbono observados pelos pesquisadores são, hoje, quase universalmente atribuídos a um fenômeno bem menos interessante: as oxidações não-biológicas.

Os astrobiólogos estão usando essas experiências como aprendizado e apurando os critérios que usam para procurar por alienígenas --uma busca que ainda não obteve êxito e que sugere que os astrobiólogos não devam estreitar demais esses mesmos critérios.
Para Sagan, a visão "carbonocêntrica" da vida alienígena --que ele chamava de "chovinismo do carbono" pode atrapalhar a busca por extraterrestres.
"Algumas pessoas sugerem, por exemplo, que talvez os alienígenas sejam feitos à base de outros solventes [e não de água]", disse Cockell. "Já houve até discussões sobre a possibilidade de que existam organismos extraterrestres inteligentes nas nuvens."

Em 2010, a descoberta de bactérias com DNA contendo arsênico em vez de fósforo (como é padrão) deixou muitos astrobiólogos animados. De lá para cá, embora a descoberta tenha sido questionada, muitos pesquisadores continuam esperançosos de encontrar provas da existência de formas de vida que fujam das regras convencionais.
E em meio a essa discussão, há ainda cientistas trabalhando em formas de vida que não são baseadas em química.

Vida Artificial

A criação de vida artificial - restrita, no passado, ao plano da ficção científica - é hoje um campo bastante estabelecido da Ciência.
Essa área pode envolver, por exemplo, biólogos criando novos organismos em laboratório ao "juntar" partes de duas ou mais formas de vida já existentes ou conceitos ainda mais abstratos de "vida artificial".
Desde a década de 1990, quando o programa de computador Tierra, criado por Thomas Ray, pareceu demonstrar a síntese e a evolução de "formas de vida" digitais, pesquisadores vêm tentando criar programas de computador que realmente simulem a vida - algumas equipes trabalham até na criação de robôs com características similares às da vida convencional.
"A ideia é tentar compreender as propriedades essenciais de todos os sistemas vivos, não apenas os sistemas vivos que por acaso estão presentes na Terra. Temos uma visão mais ampla do que é vida, que ultrapassa aquelas formas que estamos familiarizados", disse o especialista em vida artificial Mark Bedau, do Reed College, em Portland, no estado de Oregon, Estados Unidos.
Ainda assim, muitos pesquisadores trabalhando com vida artificial usam o que sabemos sobre a vida na Terra como base para seus estudos. Bedau disse que os pesquisadores usam o que ele chama de "modelo PMC" (sigla para program, metabolism and container, ou "programa, metabolismo e recipiente", em português). Nesse modelo, por exemplo, o DNA poderia ser um programa e o recipiente, a parede de uma célula.

"É importante notar que isso não é uma definição de vida, apenas uma definição de vida química mínima", acrescentou.
Para os especialistas que pesquisam formas "não químicas" de vida, a tarefa é criar versões desses componentes PMC na forma de programas de computador. "Não acho que haja uma definição exata (de vida), mas precisamos continuar buscando uma", disse Steen Rasmussen, que trabalha na criação de vida artificial na Universidade Southern Denmark, em Odense, na Dinamarca.
Grupos de cientistas em todo o mundo vêm trabalhando em componentes individuais do modelo PMC, criando sistemas que demonstram um ou outro aspecto dele.
Até agora, no entanto, ninguém conseguiu unir todas as partes para formar um tipo de vida sintética que funcione. "É um processo de baixo para cima, construindo (a vida sintética) pedaço por pedaço", explicou.

Talvez as pesquisas nesse campo possam funcionar em uma escala mais ampla, criando formas de vida completamente estranhas às nossas expectativas ou poderiam ainda ajudar a redefinir nosso entendimento sobre o que é vida. Mas, segundo Bedau, os cientistas ainda não chegaram a esse ponto.

"Eles não têm de se preocupar em definir todas as formas de vida, talvez conversem sobre isso quando tomam uma cerveja, mas não precisam incluir (o conceito) em seu trabalho."
Portanto, se até entre os que pesquisam --e constroem-- novas formas de vida não há preocupação em encontrar uma definição universal única, será que os cientistas deveriam deixar a questão de lado por um tempo?

Para a filósofa Carol Cleland, da Universidade Colorado Boulder, no Colorado, nos Estados Unidos, a resposta é sim. Pelo menos por enquanto.
"Se você está tentando fazer uma generalização sobre mamíferos usando uma zebra, que característica você vai escolher?", perguntou Cleland. "Com certeza não serão as glândulas mamárias, porque somente a metade delas tem mamas. As listras parecem ser a escolha óbvia, mas são apenas um acidente, e não o que caracteriza as zebras como mamíferos", disse.

E é a mesma coisa com a vida. Talvez as coisas que pensamos ser essenciais sejam apenas peculiares à vida na Terra. Afinal, tudo --de bactérias a leões-- é derivado de um único ancestral comum, o que significa que no nosso mapa da vida no Universo temos apenas uma única informação.
"O homem tende a fazer definições em termos do que é familiar. Mas a verdade fundamental pode não ser familiar", disse Sagan.

Vida Estranha

Até que tenhamos descoberto e estudado formas alternativas de vida, não poderemos saber se as características que julgamos ser essenciais à vida são mesmo universais.
Criar vida artificial talvez seja uma maneira de explorarmos formas alternativas de vida, mas, pelo menos no curto prazo, a tendência é embutirmos nossas preconcepções sobre sistemas vivos nas vidas que imaginamos dentro do computador.

Para definirmos a vida direito, talvez precisemos encontrar alguns alienígenas. A ironia é que tentativas de chegar a uma definição de vida antes da descoberta desses alienígenas podem tornar a busca por eles ainda mais difícil.

Já pensou que tragédia seria se, em 2020, o novo Mars Rover (veículo não-tripulado que a Nasa pretende colocar no solo de Marte) passasse sem notar por um marciano, simplesmente por não ter sido capaz de perceber que ele era um ser vivo.

"A definição pode, na verdade, atrapalhar a busca por nova vida", diz Cleland. "Nós precisamos nos afastar do nosso conceito atual, para que possamos estar abertos e prontos a descobrir a vida como ainda não conhecemos."

O maravilhoso fenômeno da vida

Qual a origem de todos os seres vivos? Em sua coluna de março, Adilson de Oliveira fala sobre os processos físicos e químicos envolvidos no surgimento, manutenção e perpetuação da vida. 

 

Por: Adilson de Oliveira

Publicado em 15/03/2013 | Atualizado em 15/03/2013

O surgimento dos seres vivos é um fenômeno singular que resultou de inúmeras experiências feitas pela própria natureza ao longo de bilhões de anos. (foto: Sxc.hu) 

 

Um dos fenômenos mais maravilhosos que existem é a vida. Qualquer um já se emocionou ao ver o nascimento de uma criança ou de um animal. Nascem pequenos e frágeis, totalmente dependentes, mas depois crescem e se tornam aptos a se reproduzir e dar continuidade à espécie.
Mas como surgiu a vida em nosso planeta? Como essa vida poderá ser preservada, se ao longo do tempo observamos o desaparecimento de inúmeras espécies? Essas são questões extremamente complexas e que não têm respostas definitivas. Também não tenho a pretensão de apresentar qualquer resposta, mas podemos refletir um pouco sobre como a matéria conseguiu se organizar e como a natureza pôde produzir seres tão complexos como nós, que são capazes de pensar sobre isso.

Sabemos que somos feitos de átomos e estes têm uma estrutura nuclear composta por prótons (partículas com carga elétrica positiva) e nêutrons (sem carga elétrica). Ao redor do núcleo estão os elétrons (com carga elétrica negativa), que permitem que os átomos se combinem formando moléculas. Essas combinações geram estruturas que podem ser simples, com apenas dois átomos, como o gás hidrogênio (H₂), ou complexas, com vários átomos, como a molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico), responsável pelo código genético.

Os átomos são forjados no interior das estrelas, por meio do processo de fusão nuclear de átomos de hidrogênio e hélio que elas têm em seu interior. Quando as estrelas atingem determinados estados de evolução, esses átomos são arremessados para o espaço para formar novas estrelas e, em alguns casos, planetas ao seu redor. Em condições muito particulares, esse processo permite o surgimento da vida, como aconteceu na Terra.

Os átomos são formados no interior das estrelas e arremessados no espaço em certos momentos da evolução estelar para formar novas estrelas, planetas e, em condições muito particulares, a vida. (foto: Wikimedia Commons/ Friendlystar – CC BY 3.0)

Por meio da combinação de átomos, desenvolvemos materiais que não existem na natureza e construimos equipamentos extermamente complexos. Mas nenhum deles, até hoje, conseguiu alcançar o grau de sofisticação das formas de vida que conhecemos.
A quantidade de informações existentes no código genético das espécies mais primitivas é muito superior à de qualquer dispositivo que possamos imaginar. Os diversos equipamentos desenvolvidos são fruto da inteligência humana. Os seres vivos, segundo as evidências científicas que temos, são resultado de inúmeras experiências feitas pela própria natureza ao longo de bilhões de anos.

Energia vital

Para que se consiga organizar algo, necessita-se de energia. Não se produz um equipamento ou estrutura mais complexa sem gasto energético. Em nosso cotidiano, percebemos facilmente que colocar ordem nas coisas é mais trabalhoso do que bagunçá-las.

Um organismo permanece vivo no seu estado altamente organizado ao importar energia de alta qualidade de fora de si mesmo

Para que uma estrutura se organize, não basta qualquer tipo de energia. É necessário que ela tenha certa qualidade ou capacidade para realizar um trabalho útil. Quando ocorre um processo químico ou físico, parte dessa qualidade ou capacidade de realizar trabalho sempre é perdida. Por isso, quanto maior for a complexidade do processo, mais energia ele demanda e mais qualidade ela deve ter. Em toda transformação de energia há um preço a pagar. Invariavelmente parte da energia é transformada em energia com baixa qualidade, como o calor, por exemplo.

Os seres vivos são sistemas termodinâmicos abertos, ou seja, recebem energia do meio externo. Um organismo permanece vivo no seu estado altamente organizado ao importar energia de alta qualidade de fora de si mesmo.

As plantas conseguem se desenvolver a partir da energia captada da luz solar e usada no processo de fotossíntese, que transforma gás carbônico em carboidratos (e utiliza outros elementos também). Um dos subprodutos desse processo é o oxigênio. Os animais, por sua vez, usam as plantas e outros animais como fonte de energia, que é extraída das ligações químicas desses seres durante o processo de digestão. Logo, percebemos que a principal fonte de energia em nosso planeta é o Sol.

As plantas se desenvolvem a partir da energia captada da luz solar e servem como fonte energética para os animais que as consomem. (foto: Sxc.hu)

Quando privamos um organismo das suas fontes de energia, ele morre e toda a sua estrutura se degrada rapidamente. Isso acontece porque na natureza há uma tendência de todos os sistemas, com o passar do tempo, se desorganizarem.
A ordem e a desordem estão associadas a uma característica fundamental da natureza chamada entropia. A entropia está relacionada à quantidade de informação necessária para caracterizar um sistema. Quanto maior a entropia, mais informações são necessárias para descrevermos o sistema (veja a coluna 'O caos e a ordem').

A manutenção da vida é um embate constante contra a entropia. Desde a concepção, o nosso organismo se desenvolve e fica mais complexo. Partimos de uma única célula e chegamos à fase adulta com trilhões delas, especializadas para determinadas funções. Para alcançar esse estágio, temos que consumir muita energia, pois, quanto mais desordem há no processo, mais informação necessitamos para organizá-lo.
Por exemplo, quando temos um baralho organizado na sequência das cartas e naipes, sabemos que a carta 4 de paus está depois da 3 de paus e antes da 5 de paus. Se as cartas estiverem embaralhadas, pode ser necessário verificar todas as cartas para encontrar a 4 de paus, ou seja, será preciso saber a ordem de muitas cartas antes de encontrar a desejada.

Organização genética

Para que a vida surja, é preciso certo grau de ordem. Não basta simplesmente misturarmos os elementos básicos (proteínas, aminoácidos etc.) e esperarmos que apareça uma forma de vida. São necessárias informações para que cada parte se ordene de maneira adequada. Quem cumpre essa tarefa é a molécula de DNA, que garante também a continuação da vida, ao fazer com que cada nova geração receba as informações do código genético de seus antecessores.

Para que a vida surja, é preciso certo grau de ordem. Não basta simplesmente misturarmos os elementos básicos

 

Os DNAs de todas as formas de vida do nosso planeta são formados a partir das mesmas bases proteicas, embora com graus de sofisticação diferentes. Essa é uma das evidências importantes da evolução. Todos os seres vivos, de alguma maneira, são aparentados, pois compartilham a mesma química fundamental.
A estrutura do DNA começou a ser compreendida em 1953, quando o biólogo britânico Francis Crik (1916-2004) e o biólogo norte-americano James Watson (1928-) mostraram que a molécula de DNA tem a forma de uma dupla hélice, como se fosse uma escada retorcida, em que os ‘corrimãos’ são formados por fosfato e açúcar e os degraus por uma sequência de pares de bases nitrogenadas: a adenina (A), a citosina (C), a timina (T) ou a guanina (G). Além disso, eles descobriram que a adenina só pode se ligar com a citosina e que a timina só pode se ligar com a guanina.

Essa estrutura peculiar permite que a molécula de DNA quebre a ligação entre as bases, se desenrole e faça cópias de si mesma. Como as ligações entre as bases são únicas, novas bases se ligam a cada uma das hélices, permitindo que a molécula de DNA se duplique. Dessa forma, a vida consegue se perpetuar.
Embora seja possível encontrar em nuvens estelares os elementos e alguns tijolos fundamentais da vida, como o carbono, o nitrogênio, o oxigênio e cadeias de aminoácidos, a organização desses elementos que culminou com o surgimento dos seres vivos é, até onde sabemos, um evento isolado. A vida é algo singular e, até o momento, sabemos que ela ocorreu apenas em um único lugar do universo: o nosso planeta. Para ter a completa compreensão desse incrível fenômeno, ainda será preciso superar muitos desafios. Esse é o mistério da vida!

Adilson de Oliveira
Departamento de Física
Universidade Federal de São Carlos