A ORIGEM E EVOLUÇÃO DA VIDA

Há evidências científicas de que nosso planeta sur­giu há cerca de 4600 milhões de anos, a partir da aglomeração de poeira, rochas e gases presentes no disco de matéria que girava ao redor do Sol em formação. Sabe­mos também que, nos primórdios de sua existência, a Terra era um ambiente inóspito, sem a mínima condição para a existência de seres vivos.

A Evolução

O processo de aglomeração de rochas, poeira e gases durante a formação da Terra gerou tanto calor que os mate­riais rochosos mais internos se fundiram e escaparam para a superfície, em erupções vulcânicas violentíssimas. A super­fície da Terra ficou coberta de lava incandescente e o jovem planeta tornou-se uma imensa bola de fogo. Além disso, a Terra em formação era continuamente bombardeada por cor­pos vindos do espaço. Com certeza, nenhum tipo de vida podia existir em condições tão adversas.

Ao longo do tempo, as condições mudaram muito. A Terra é hoje um planeta bem mais tranquilo que em seus primórdios e abriga milhões de formas de vida.

Os primeiros vestígios de vida conhecidos datam de há 3500 m. a., detectados nos Estromatólitos. Estas são rochas resultantes da deposição de carbonato de cálcio, secretados por comunidades de cianobactérias. Assim, muitos cientistas julgam que a vida tenha surgi­do no nosso planeta há cerca de 4000 m. a.

Como essas mudanças ocorreram e como surgiu a vida em nosso planeta?

Evolução e diversificação da vida

Os primeiros seres vivos deviam ser muito simples, constituídos por uma única célula com organização procariótica. A célula procariótica não apresenta membra­nas internas e seu material genético fica mergulhado no líquido citoplasmático.

Célula Procariótica

Célula Procariótica

Os cientistas imaginam que os se­res atuais mais semelhantes aos primeiros seres vivos são as arqueas ou arqueobactérias. Esses seres procarióticos primitivos vivem quase sempre em ambientes extremos, como fontes de águas quentes, lagos salgados e pântanos. Acredita-se que esses ambientes tenham certa semelhan­ça com os que existiram na Terra primitiva, nos quais as primeiras formas de vida evoluíram.

 

Vista aérea de um lago de águas quentes do parque nacional de Yellowstone, nos Estados Unidos;

as cores verde, amarela e castanho, junto à borda do lago,

são produzidas pela enorme quantidade de arqueas termófilas presentes na água

Origem da célula eucariótica

Por volta de 2000 milhões de anos atrás, ocorreu uma grande inovação na estrutura dos seres vivos: surgiu a célula eucariótica, mais complexa que a célula proca­riótica, da qual descende. Atualmente, com exceção das bactérias e das arqueas, todos os seres vivos apresen­tam células eucarióticas. Nestas, o material hereditário fica contido dentro do núcleo e o citoplasma é um labi­rinto de túbulos e bolsas membranosos; existe também um sistema celular interno de tubos e filamentos de proteínas, o citoesqueleto.

Origem dos compartimentos intracelulares

Uma célula eucariótica típica apresenta uma série de compartimentos internos delimitados por membra­nas semelhantes à membrana plasmática. Esses com­partimentos estão ligados entre si e à membrana plas­mática. A explicação mais plausível para a origem dos compartimentos membranosos das células eucarióticas é que eles surgiram por invaginações progressivas da membrana plasmática, num ancestral procariótico. A presença de dobras na membrana aumentava a superfí­cie de contato da célula com o ambiente e facilitava a troca de substâncias entre os dois ambientes: saída da célula de substâncias potencialmente tóxicas produzi­das no metabolismo celular e entrada de nutrientes. Com o tempo, os compartimentos membranosos se diferen­ciaram, passando a desempenhar funções específicas, o que aumentou a eficiência do funcionamento celular.

Modelos explicativos para a origem das células eucarióticas.

Segundo o modelo autogenético, algumas células procarióticas ter-se-iam tornado progressivamente mais complexas. Prolongamentos da membrana citoplasmática deslocaram-se para o interior do citoplasma, origi­nando compartimentos, separados do resto do hialoplasma, que viriam a constituir os organelas celulares. Como resultado dessa compartimentação foi possível às células fazer uma divisão interna das suas funções. Os defensores deste modelo sugerem que o primeiro compartimento a surgir dentro da célula foi o invólucro nuclear, o que permitiu a individualização do material genético no interior do núcleo. Como resultado do aumento do número de organelas celulares, estas células sofreram um aumento de tamanho muito acentuado. O modelo endossimbiótico, atualmente o mais aceito, parte de uma característica típica de muitos seres vivos, a necessidade de viverem associados a outros seres vivos durante períodos mais ou menos longos do seu ciclo de vida. Assim, o modelo admite que as células procarióticas primitivas estabeleceriam múltiplas associações entre si. Algumas dessas células predadoras, por processos idênticos aos da fagocitose, ingeriam cianobactérias (procariontes fotossintéticos). Uma vez no interior do citoplasma, algumas de entre elas não seriam digeridas e começariam a fornecer à célula hospedeira matéria orgânica resultante da sua atividade fotossintética e a receber em troca proteção, água e minerais necessários à fotossíntese. Lentamente, entre estes dois seres associados, foi-se estabelecendo uma relação de simbiose, com pro­veito mútuo, que gradualmente tornou essas duas células uma estrutura indissociável e os dois seres dependentes da relação e incapazes de sobreviver separados. A célula da cianobactéria daria assim origem, pelo processo descrito anteriormente, aos cloroplastos.

Hipótese endossimbiótica ou simbiogênica

As células eucarióticas atuais têm organelas nos quais ocorrem as etapas fundamentais dos processos de obtenção e de transformação de energia; são as mitocôndrias e os cloroplastos. As mitocôndrias estão pre­sentes em praticamente todas as células eucarióticas e, no seu interior, ocorre a respiração celular. Os cloroplastos estão presentes em células de algas e de plantas e ne­les ocorre a fotossíntese.

Os cientistas acreditam que tanto mitocôndrias como os  cloroplastos descendem de bactérias primitivas que, num passado distante, associaram-se às primitivas células eucarióticas. Essa é a ideia central da hipótese endossimbiótica, ou hipótese simbiogênica. O termo simbiose, que compõe ambas as denominações, signifi­ca viver juntos.

Segundo essa hipótese, as primeiras células euca­rióticas adquiriram capacidade de respirar gás oxigênio quando passaram a abrigar, em seu citoplasma, células procarióticas aeróbias. Estabeleceu-se, então, uma troca de benefícios entre esses seres: a célula eucariótica garantia abrigo e alimento à célula procariótica e esta lhe fornecia energia, obtida por meio da respiração aeróbia.

De acordo com os cientistas, a associação foi tão bem sucedida que se tornou permanente e os primitivos "in­quilinos" procarióticos se transformaram em mitocôndrias, organelas essenciais à sobrevivência da célula eucariótica.

De acordo com a hipótese endossimbiótica, a his­tória dos cloroplastos é muito semelhante à das mitocôndrias. Os cloroplastos teriam surgido pela associação entre primiti­vas células eucarióticas (então já associadas às ancestrais das mitocôndrias) e bactérias fotossintetizantes.

Portan­to, as células de algas e de plantas atuais seriam o resul­tado de uma tripla associação de seres primitivos.

Modelo endossimbiótico - proposto por Lynn Margulis.

Segundo este modelo, o invólucro nuclear e os sistemas endomembranares asso­ciados também se originaram a partir de invaginações da membrana celular. No entanto, apresenta uma explicação distinta para a origem das organelas. Considera que as mitocôndrias e os cloroplastos resultaram da incorporação de células procarióticas por outras células. As células englobadas não foram degradadas e passaram a estabelecer uma rela­ção de simbiose com a célula hospedeira. Esta célula passou a conferir proteção, suporte e nutrientes, enquanto que as células procarióticas englobadas especializaram-se em alguns processos metabólicos.

Esta relação de simbiose é benéfica para ambas as células, tornando-se numa relação obrigatória e culminando com a evolução para células eucarióticas. Este modelo é apoiado pelos seguintes argumentos:

·         Os cloroplastos e as mitocôndrias possuem dimensões semelhantes aos procariontes atuais, sendo capazes de se dividirem autonomamente.

• Aqueles organitos possuem o seu próprio material genético que é semelhante ao material genético bacteriano (o cromossoma circular não está associado a histonas, por exemplo).
• As mitocôndrias e os cloroplastos são capazes de sintetizar parte das proteínas (dependem parcialmente do núcleo, pois os seus cromosso­mas circulares não codificam para todas as proteínas que necessitam). A sua maquinaria celular para a transcrição e tradução é semelhante à dos procariontes.
• Existem muitos genes de origem bacteriana encontrados nos organis­mos eucariontes.
• As mitocôndrias e os cloroplastos possuem membrana dupla;
• Ambas as organelas possuem ribossomos idênticos aos que existem nos seres procariontes atuais.

A presença de cloroplastos nas plantas e algas e a sua ausência em animais e fungos apoiam a incorporação sequencial das células procarióticas por parte de células hospedeiras. O modelo endossimbiótico é, atualmente, o mais aceito para a explica­ção da origem das células eucarióticas.

Existem alguns organismos eucariontes, como, por exemplo, a Giárdia que não possuem mitocôndrias, oque apoia o modelo de que a formação do invólucro nuclear antecedeu a incorporação das mitocôndrias.

Giardia: um elo perdido na evolução das células eucarióticas?

Alguns autores consideram que Giárdia apresenta uma ultraestrutura semelhante à das células eucarióticas mais primitivas. É nucleada, apresentando, curiosamente, dois núcleos idênticos; no entanto, não apresenta mitocôndrias nem cloroplastos, e a ocorrência de outros organitos (como retículo endoplasmático ou aparelho de Golgi) não é consensual entre os diferentes autores.

Existem diferentes espécies de Giárdia, que podem infectar vários animais. No Homem, o micror­ganismo vive em condições anaeróbias no interior do intestino, alimentando-se dos produtos mucosos secretados pelos tecidos intestinais. Este microrganismo é um parasita unicelular que, ao longo do seu ciclo de vida, alterna entre duas formas: quisto e trofozoíto.

Os trofozoítos multiplicam-se por bipartição no interior do intestino delgado. Quando os parasitas passam para o intestino grosso, ocorre a formação de quistos, formas resistentes, que podem conta­minar aquíferos, constituindo formas infectantes. A infecção por Giárdia (giardíase) é uma doença de veiculação hídrica.

Curiosidade

Ginkgo biloba é uma espécie arbórea, cujos ancestrais surgiram no final da Era Primária. Esta espécie chegou à atualidade, porque encontrou refúgio em vales profundos, quentes e húmidos, no Sudoeste da China, permanecendo inalterada desde há milénios.

Árvore de grande porte, de 25 a 40 metros de altura, alberga no interior das suas células uma alga verde unicelular, que participa no seu metabolismo. Esta associação rara é uma endossimbiose. Quando Jocelyne T. Guiller procedia a estudos citológicos em G. biloba, observou que as suas células em cultura, desprovidas de parede, entravam em necrose em poucas semanas. Em paralelo, surgiam, neste meio, amontoados de formações esféricas de um verde brilhante. Constatou, posteriormente, tratar-se de uma alga unicelular do género Coccomyxa.

Posta a possibilidade de ter ocorrido contaminação externa do meio de cultura, a observação de intensa proliferação da alga, no interior de células de G. biloba em necrose, veio confirmar a origem endógena desta alga.

Observações feitas posteriormente permitiram detectar a existência de Coccomyxa, num estado celular transitório imaturo, em células não necrosadas de diferentes tecidos de G. biloba. Estas formas precursoras da alga não apresentam quaisquer organitos visíveis num citoplasma homogéneo. Supõe-se que a existência de formas imaturas da alga em células vivas de G. biloba se deve à repressão exercida pelo genoma da árvore sobre o genoma do intruso tolerado. Este passa a poder manifestar-se quando as células daquela entram em necrose, possibilitando, então, a proliferação da alga.

Esta relação simbiótica, que se revela estável, poderá ter começado no momento em que uma alga do género Coccomyxa, ocasionalmente alojada perto do gâmeta feminino, terá sido conduzida até ele com os gâmetas masculinos. Incluída no ovo, a alga terá resistido à digestão intracelular, ajustando o seu processo de divisão no interior do hospedeiro.

Estudos genéticos de amostras de Coccomyxa recolhidas em G. biloba, em diferentes locais do globo, demonstraram semelhanças genéticas entre estas algas. Estas semelhanças sugerem que este tipo de simbiose intracelular foi e continua a ser transmitida de geração em geração.

Adaptado de T. Guiller, J., Pour la Science, Fevereiro 2008

Fonte : http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=18849446

  

O cenário previsto com o modelo endos­simbiótico pode ser observado atualmente.

Paramecium bursaria

O Paramecium bursaria, um orga­nismo eucarionte unicelular ciliado, estabelece relações de simbiose com muitas algas verdes unicelulares do género Chlorella. Este "pseudodoroplasto" produz açucares que são juntos aos do paramécium. Se a Chlorella for experimen­talmente removida, ambos os organis­mos continuam a existir independentemente. Sem os parceiros fotossintéticos o paramécium fica totalmente dependente de fontes externas de alimento. Sempre que tem oportunidade o paramécium in­gere a Chlorella mas não a digere resta­belecendo a relação simbiótica. O Para­mecium bursaria não é o único caso atual de endossimbiose. Muitos outros organismos, incluindo alguns animais multicelulares, estabelecem relações de simbiose com algas fotossintéticas e com cianobactérias.

Contudo, ainda apresenta aspec­tos controversos, como, por exemplo, a relação entre o DNA nuclear e organelar:

• Como se processa o controle da expressão de genes em com­partimentos diferentes da célula?
• Como é que se processou a migração de parte do material genético dos organitos para o núcleo?

Origem da multicelularidade

Os organismos unicelulares não podem aumentar indefinidamente o seu tamanho.

À medida que aumenta de tamanho, o volume interior de uma célula aumenta, o que provoca o aumento correspondente do seu metabolismo celular.

Este aumento do metabolismo exige o aumento das trocas de materiais com o exterior (entrada de O₂ e saída de CO₂, entrada de nutrientes e saída de resíduos resultantes do metabolismo através da membrana citoplasmática), para garantir os níveis mais altos de metabolismo.

No entanto, existe uma bar­reira física ao aumento do tamanho das células, porque ao aumento de volume da célula corresponde um aumento muito mais pequeno, da superfície da membrana citoplasmática em contato com o meio extracelular.

O metabolismo celular depende, assim, da razão entre a superfície externa da célula e o seu volume.

Face à impossibilidade de aumentarem indefinidamente o seu volume, os seres vivos unicelulares segui­ram outras vias evolutivas que haveriam de originar a organização em colónias e, posteriormente, a pluricelularidade.

A associação de seres unicelulares em estruturas maiores e mais complexas - as colônias - bem como o aparecimento de seres pluricelulares vieram permitir o aumento do volume, mantendo elevada a superfície de contacto das células com o seu exterior. Desta forma, garantida a eficácia das trocas e a efi­ciência do seu metabolismo, o processo evolutivo pôde prosseguir no sentido do aumento de volume do organismo.

A Volvox é uma colônia de algas verdes, formada por mais de mil células biflageladas, unidas por filamentos citoplasmáticos e bainhas gelatinosas, constituindo uma esfera oca. Os flagelos das células da camada externa promovem o movimento da colónia em volta do seu eixo, enquanto as células maiores asseguram a função reprodutora. Várias colónias de Volvox. Os vários pontos internos verder (1) correspondem a colónias filhas.

 A alga Volvox é um ser colonial constituído por uma esfera oca de células biflageladas mergulhadas .numa matriz gelatinosa que as une. Os flagelos estão localizados para o exterior da esfera e permitem o movimento da colónia. As células mantêm a sua independência, apesar de existirem ligações citoplasmáticas entre elas. Algumas células de maiores dimensões têm função reprodutiva, o que indicia uma incipiente especialização celular. Apesar deste aumento gradual de complexidade e de interligação entre as suas célu­las, os organismos coloniais não constituem seres pluricelulares, uma vez que a diferenciação celular ou não existe ou é muito reduzida. Admite-se que os primeiros seres multicelulares tenham surgido na sequência de um aumento de complexidade e diferenciação celular nos seres coloniais. Colónias semelhantes ao Volvox poderão, por esta via, ter dado origem às algas verdes multicelulares.

A formação de colônias de algas verdes (C) resultou da associação das algas verdes unicelulares.

O elevado grau de interligação entre as suas células e a diferenciação celular abriram, posteriormente, caminho ao aparecimento dos tecidos e dos órgãos que caracterizam a maioria dos seres multicelulares.

Um modelo de evolução dos eucariontes unicelulares até aos seres multicelulares com diferenciação celular.

O aparecimento da multicelularidade permitiu uma série de tendências evolutivas que acabaram por conferir vantagens aos respectivos organismos, como:

• a diferenciação celular, com a consequente especializa­ção no desempenho de determinadas funções;
• a diminuição da taxa metabólica e utilização mais eficaz da energia, resultado da diferenciação celular;
• o aparecimento de seres de maiores dimensões que mantêm constante a relação superfície/volume das suas células;
• uma maior diversidade de formas que conduziu a uma melhor adaptação aos diferentes ambientes;
• uma maior autonomia em relação ao meio externo, dado que os sistemas de órgãos garantem que o meio interno mantenha um maior equilíbrio (homeostasia) face às flutuações do meio externo.