Informação, Evolução e a Origem da Vida - IFSC-USP

Informação, Evolução e a
Origem da Vida
Leonardo Paulo Maia
CMCC - UFABC
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Idéia de Ancestralidade
ancestral comum
...
tempo
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Ancestralidade radical
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Há vasta evidência empírica de
semelhanças bioquímicas entre todas as
forma de vida terrestre.
O raciocínio não se limita ao parentesco
entre seres humanos.
Acredita-se que todos os seres vivos da
Terra possam ter tido uma origem
comum.
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Seleção Natural
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Charles Darwin e Alfred Russell Wallace
(1858)
Indivíduos melhor adaptados ao ambiente
reproduzem-se de forma mais eficiente e
transmitem suas características à sua prole. A
freqüência desses indivíduos na população
total tende a crescer.
Não há “progresso”, há adaptação.
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A Seleção Natural em nível
molecular
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Universalidade: o raciocínio vale em nível
molecular.
Pergunta fundamental: o que poderia haver
de tão importante em moléculas que poderia
se constituir em vantagem seletiva?
Resposta: informação (e capacidade de
preservá-la, via reprodução) – replicadores.
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DNA e RNA
A
T
A
T
C
G
G
C
G
C
T
A
U
U
DNA
RNA
G
C
C
A
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Dogma Central da Biologia
Molecular
Fluxo de informação
DNA
proteínas
RNA
transcrição
tradução
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O Código Genético
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Ligações peptídicas –
proteínas são polímeros!
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Como a vida pode ter surgido
na Terra?
A.
B.
C.
D.
E.
Alienígenas a trouxeram.
Esporos originados em outros planetas
transportados em meteoritos (panspermia)
Forças sobre-humanas a criaram.
Componentes químicos primordiais
combinaram-se para originar as formas de
vida primitivas.
Nenhuma das alternativas
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Teorias de evolução
pré-biótica
A teoria de Oparin e Haldane
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Independentemente (década de 1920)
“Sopa primordial”, em que compostos
orgânicos formaram-se a partir da
“matéria inanimada”
Para Oparin, formaram-se coacervados
(bolhas, vesículas)
Muito especulativa
Fontanari: vesículas, autômatos
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O experimento de Urey-Miller
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Atmosfera primitiva: H2O, NH3, CH4, H2
(redutora = ausência de oxigênio)
“Altas” temperaturas (atividade vulcânica),
radiação UV (não havia camada de ozônio),
descargas elétricas
Resultado: diversos aminoácidos e outros
produtos orgânicos
Críticas: atmosfera “idealizada”, e descobriuse que é “fácil” obter aminoácidos.
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O “mundo do RNA”
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Woese, Crick e Orgel (década de 1960)
Os primeiros genes teriam sido
pequenas cadeias de RNA (antes do
surgimento do DNA e das proteínas).
Quem catalisaria as reações? Ele
próprio: ribozimas de Cech e Altman
(Nobel de Química de 1989) atuam nos
organismos “modernos”.
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Evolução de RNA: o monstro
de Spiegelman
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No fim da década de 1960, Sol Spiegelman
introduziu o material genético do bacteriófago
Qβ (um vírus de RNA) em uma solução
contendo nucleotídeos (“tijolos”), a enzima
replicase e sais para mantê-la.
Protocolo: transferência serial em gargalo
Resultado: evolução em condições abióticas –
embora sempre ocorram mutações, algumas
cadeias de RNA são mais estáveis e/ou
eficientes na replicação, e são favorecidas
pela seleção natural.
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Os experimentos de Eigen
(1974)
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Manfred Eigen (Nobel de Química de
1967)
Síntese espontânea de RNA em uma
solução semelhante à de Spiegelman
Modelos matemáticos: quase-espécies
(populações virais?), crise de
informação (paradoxo ovo-galinha),
hiperciclos (parasitismo)
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Outras teorias
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Cairns-Smith (catálise por minerais
cristalinos - argila)
Wächterhäuser (catálise
quimiolitotrófica - pirita)
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Extremófilos e
Arquea (Archaea)
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Organismos que vivem em vulcões
submarinos! A energia vem de baixo, e não
de cima, do Sol.
Muitos extremófilos enquadram-se no
domínio Arquea, distinto das bactérias e
eucariotos.
A vida surgiu nas profundezas da Terra?
Haveria vida em condições extremas em
outros planetas? Panspermia?
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