A história do surgimento da vida na Terra ainda é um mistério e não há uma resposta única para explicá-la. Partindo do pressuposto de que todos os seres vivos surgem através da reprodução de outros seres vivos, então como surgiu o primeiro organismo? De que forma estruturas inanimadas, como rochas e moléculas, foram capazes de gerar a vida como a conhecemos? Ainda não sabemos, mas a comunidade científica busca incessantemente por estas respostas para que no futuro próximo possamos completar este enigmático quebra-cabeça.
O planeta Terra surgiu há 4,5 bilhões de anos e seu passado foi extremamente turbulento e estéril: no início, ele aparentava ser uma bola de lava que constantemente era bombardeado por fragmentos derivados do sistema solar primitivo. Milhões de anos depois, o planeta esfriou e cometas chocaram-se com a Terra, espalhando o principal ingrediente para a vida aflorar, a água. O calor e a lava presentes na formação da Terra ainda existem e estão localizados no seu interior. Foram eles os responsáveis pela criação de vulcões que, ao entrarem em erupção, liberaram moléculas que deram origem à atmosfera primitiva. Os átomos presentes na atmosfera primitiva desceram para a superfície líquida do planeta e lá foram dissolvidos e catalisados pela água, possibilitando o surgimento de moléculas orgânicas. Estas moléculas são os tijolos que compõem todos os seres vivos e, aparentemente, o surgimento delas aconteceu logo no primeiro momento em que o planeta esfriou.
Há cerca de 3,9 bilhões de anos aconteceu o evento que deu origem ao primeiro ser vivo, sendo esta data relacionada ao fóssil mais antigo de um ser vivo descoberto, a arqueobactéria, célula que surgiu nos primeiros 600 milhões de anos depois da formação violenta do planeta.
Panspermia cósmica
A hipótese da panspermia vem sendo considerada pelos cientistas como uma possível candidata para explicar o surgimento da vida na Terra. O primeiro a propor esta hipótese foi o químico Arrhenius no Século XIX, tal que esta hipótese consiste na possibilidade de que a vida foi trazida para a Terra por meio de meteoritos. Porém, esta hipótese foi refutada por muitos cientistas que alegavam ser impossível que qualquer forma de vida suporte a alta temperatura decorrente do atrito do ar com o meteorito no momento de sua entrada na atmosfera terrestre.
O desinteresse dos cientistas pela panspermia mudou ao longo dos anos com a descoberta de moléculas orgânicas, como os aminoácidos, que estão presentes em meteoritos encontrados na superfície do planeta. Isso significa que talvez a vida não tenha vindo pronta, mas sim por meio de estruturas mais fundamentais. Devido à curiosidade humana, naves espaciais e equipamentos tecnológicos foram criados e enviados ao espaço, onde alguns foram capazes de detectar a presença de aminoácidos em nuvens de poeira deixados por estrelas moribundas, tal que os raios cósmicos, ao passarem por estas nuvens, catalisam reações que possibilitam o surgimento de moléculas orgânicas. Estas descobertas reforçaram ainda mais a validade da hipótese da panspermia. Alguns cientistas dizem que a panspermia não ocorre somente com moléculas orgânicas, mas também com organismos vivos semelhantes às arqueobactérias, que vivem no interior de rochas quentes e são capazes de extrair energia vital de objetos inanimados (pedras e rochas). Então, se elas são capazes de sobreviver a estes ambientes, nada impede que elas possam sobreviver no interior de meteoritos, se alimentando de energia extraída de moléculas inorgânicas. As rochas poderiam então abrigar estas criaturas por longas eras e, ao se chocarem com algum planeta, elas semeariam a vida.
Hipótese de Oparin
No ano de 1924, o russo Aleksandr Oparin elaborou uma hipótese na qual dizia que o primeiro organismo surgiu na Terra por meio da evolução química, contrariando a hipótese da panspermia. Oparin relata que o ambiente da terra primordial era de altas temperaturas, muita radiação ionizante e intensa tempestades de raios, enquanto que a atmosfera primitiva era composta de vapor de água, metano, amônia e muito gás hidrogênio. Os raios e a radiação ionizante ao interagirem com os componentes da atmosfera permitiram com que essas moléculas se recombinassem em outras mais complexas e, devido às chuvas intensas, fossem carregadas até pequenos lagos salgados anexados aos mares primitivos, formando assim uma espécie de sopa primordial. Com o tempo, esta sopa rica em matéria prima foi recebendo cada vez mais energia solar, que possibilitou o aparecimento de moléculas ainda mais complexas, caracterizadas por apresentarem longas cadeias carbônicas, conhecidas como aminoácidos. Os aminoácidos são moléculas orgânicas constituídas por um grupamento amino e outro grupamento ácido carboxílico. Eles são fundamentais para o surgimento da vida, já que a união de vários deles darão origem às proteínas.
A sopa primordial teria sido capaz de abrigar outros tipos de moléculas orgânicas, como por exemplo os lipídios, moléculas que podem ser definidas como moléculas de gordura que em contato com a água formam bolhas que apresentam um lado hidrofílico (em contato com água) e outro hidrofóbico (não tem contato com água), conhecidos como micelas. O interior da micela foi utilizado para proteger as pdo ambiente externo as proteínas recém formadas, evitando com que novas reações as destruíssem. Esta estrutura passou a ser chamada de coacervado, um tipo de célula primitiva que ainda não era capaz de se reproduzir. Com o passar do tempo, as reações químicas que ocorreram no interior dos coacervados permitiram o surgimento do DNA, molécula que foi essencial para o controle das reações internas, bem como no processo de reprodução do material genético. A partir deste ponto, a vida propriamente dita foi concebida, permitindo com que a primeira célula fosse capaz de realizar reações químicas autossustentáveis e que participam do processo de evolução darwiniana.
Testes da hipótese de Oparin
Durante algumas décadas os cientistas se concentraram em encontrar formas de validar as hipóteses de Oparin, as quais diziam que o organismo primitivo teve sua origem por meio da combinação complexa das moléculas orgânicas, processo conhecido como evolução química. Em 1953, a fim de validar a hipótese da evolução química dos seres vivos, os cientistas Miller e Urey elaboraram um experimento muito inteligente: eles basicamente recriaram os ambientes da terra primitiva em um aparato de vidro, sendo elas: a atmosfera, os raios incandescentes, a pressão e a temperatura. O experimento foi realizado da seguinte forma:
- O aparato de vidro apresentava dois balões em suas extremidades e eles eram conectados por duas passagens mais alongadas e estreitas;
- O balão superior armazenava os gases que compunham a atmosfera primitiva, esses gases eram: vapor d’água, metano, amônia e gás hidrogênio;
- Um eletrodo foi colocado no interior do balão superior. A função deste objeto era de gerar raios incandescentes de maneira artificial, simulando as violentas tempestades da Terra primitiva;
- Os ductos que ligavam os dois balões tinham o objetivo de servirem como passagem para a água evaporada e condensada, recriando o ciclo da água na terra primitiva;
- O balão inferior continha água, que era constantemente fervida e induzida à evaporação. Quando aquecida, a água subia para o balão superior por meio dos ductos conectivos e era feita a coleta das moléculas orgânicas sintetizadas pela mini atmosfera e depois a água condensava, trazendo as substâncias orgânicas para o balão inferior;
- Após sete dias de experimento, o líquido presente no balão inferior estava infestado de material orgânico, como por exemplo açúcares, bases nitrogenadas, lipídeos e aminoácidos.
No ano de 1957, Sidney Fox aqueceu uma substância desidratada de aminoácidos e, no final do processo, ele encontrou algumas proteínas mais simples como a serina e a leucina, corroborando com os achados de proteínas no interior de rochas quentes localizadas na superfície da Terra. O debate sobre a definição de substâncias orgânicas e sua relação com a vida já aconteceu algumas vezes na história científica: em 1977, a comunidade científica classificava as substâncias orgânicas como sendo moléculas extraídas apenas de seres vivos; em 1807, Jons Jacob teorizou a possibilidade de que moléculas orgânicas eram dependentes de uma força vital para serem sintetizadas, ou seja, estas moléculas só poderiam ser produzidas por seres vivos; no ano de 1828, Friedrich Wohler derrubou esta hipótese, quando converteu ureia presente na urina animal em cianeto de amônia, mostrando ser possível gerar moléculas orgânicas de maneira artificial, ou seja, sem a dependência de um outro ser vivo para criá-las naturalmente. Além disso, ele mostrou ser possível recriar uma molécula orgânica a partir de outra inorgânica, ou vice versa.
Hipóteses heterotrófica e autotrófica
O primeiro ser vivo, segundo Oparin, deveria ser simples tanto em sua estrutura, quanto na sua forma de obter energia e, segundo alguns cientistas, a fotossíntese foi a primeira forma encontrada para se obter energia. Os organismos que a realizam produzem seu próprio alimento através de gás carbônico e luz solar, liberando oxigênio como resíduo, sendo descritos como organismos autotróficos. Para muitos cientistas, a teoria de que os autotróficos foram os primeiros organismos a “pisar” na Terra é falsa, pois entraria em discordância com a teoria da Terra primitiva, que dizia que a atmosfera primordial não continha gás carbônico. Ainda, eles afirmam que a fotossíntese é um processo complexo para a simplicidade da primeira célula, além de que para ela acontecer, a atmosfera deveria conter outros gases, contrariando, desta forma, Oparin.
Segundo outros cientistas, os primeiros organismos foram os organismos heterotróficos, que obtinham energia por meio da metabolização de açúcares na sopa primordial, mas, devido à inexistência de oxigênio molecular livre na atmosfera, a respiração para eles se tornara impossível. Desta forma, o mais provável é que o processo de fermentação tenha sido o primeiro a ser utilizado. Por ele, há a metabolização de açúcares, liberando muito gás carbônico como resíduo, possibilitando o surgimento de organismos autotróficos. O oxigênio residual produzido pelos autotróficos saturaram os oceanos, de forma que este gás pôde sair do mar e subir para a atmosfera para reagir e formar a camada de ozônio. Esta camada foi capaz de proteger o ambiente terrestre da intensa radiação ultravioleta, favorecendo a migração de organismos aquáticos para a superfície terrestre. Com o excesso de O2 na atmosfera, alguns seres vivos desenvolveram a respiração celular, cuja finalidade é a extração de energia de uma molécula orgânica por meio da oxidação, sendo este processo mais eficaz na obtenção de energia.