Do Inerte ao Vivo

Descrição da imagem: A matéria se aglomera, se auto-organiza quimicamente e se complexifica sem cessar ao ritmo das ligações eletro-magnéticas. Parece que a vida é uma forma particular da matéria ao mesmo tempo indefinível e imprevisível. Sua tenacidade não é a prova de que está presente em todo o Universo, esperando pacientemente um ambiente favorável para continuar seu caminho em direção à complexidade? Não há realmente uma fronteira clara entre o inerte e o vivo; a matéria usa o princípio da mínima ação para construir o vivo. A imagem se lê entre os dois pontos de interrogação, serpenteando do canto inferior esquerdo para o canto superior direito. O ponto de interrogação no canto inferior esquerdo representa o big bang, seguido por quarks, nucleons, átomos, moléculas com aminoácidos, depois proteínas, albumina, a célula, arqueobactérias e bactérias, microorganismos, mamíferos, consciência e o futuro. Fonte da imagem: Astronoo.

Os Mesmos Blocos Elementares

Com todos os objetos do universo compartilhamos os mesmos blocos elementares, as mesmas partículas, o mesmo pó de estrelas. As partículas que nos compõem se aglomeraram em aminoácidos, em aglomerados de átomos, em monômeros, em polímeros, em macromoléculas, em proteínas que são a base do funcionamento celular dos organismos vivos.

As estruturas e conformações dessas proteínas determinarão suas funções. A partir de nosso conhecimento atual, há uma definição conceitual da vida? Parece que não, no entanto, essa questão é fundamental; todos têm a impressão de saber o que é a vida, mas ninguém sabe realmente responder, nem os biólogos, nem os médicos, nem os bioquímicos, nem os físicos, nem os exobiólogos e muito menos os filósofos. Ainda mais surpreendente, eles não gostam nada dessa pergunta porque por trás do termo vida há uma ressonância metafísica.

É muito difícil definir um conceito fundamental como a vida, o tempo ou a matéria. Vamos falar então do vivo que observamos na Terra. Qual é a definição atual do vivo ou da matéria viva? Mais uma vez, os especialistas não dão uma definição conceitual indiscutível, mas enumeram uma série de propriedades que definem o vivo. Muitas vezes, essas definições contêm o termo "vida" e, portanto, pressupõem a ideia ou a existência da vida. Em outras palavras, não são definições do vivo, mas metáforas do vivo.

Exemplos de definições de vida ou do vivo:

• A vida é o modo de existência dos corpos vivos.
• Os seres vivos incluem todos os organismos que povoam nosso planeta e que são dotados de vida.
• A vida é um processo químico do qual surgem os organismos vivos.
• Um organismo é dito vivo quando troca matéria e energia com seu ambiente mantendo sua autonomia, quando se reproduz e evolui por seleção natural.
• Segundo a NASA, é vivo todo sistema delimitado espacialmente por uma membrana semipermeável de sua própria fabricação e capaz de auto-manutenção, bem como de reprodução fabricando seus próprios constituintes, a partir de energia e/ou a partir de elementos externos.

Nessas definições, entende-se que a vida seria um sistema auto-organizado, um mecanismo misterioso ligado à matéria. Mas isso mostra que ainda não sabemos qual é a natureza exata da vida e onde se encontra a divisão entre o vivo e o não vivo.

Qual é o Mecanismo que Cria as Condições para que a Vida Comece?

Em comparação com os objetos inanimados, um ser vivo é um sistema químico que forma sua própria substância a partir do que extrai do ambiente. A matéria viva obterá por si mesma a energia de que necessita para se auto-replicar; aí reside o mistério.

O vivo e o não vivo são feitos da mesma matéria, a matéria que criou as estrelas, as galáxias, as nebulosas e os planetas. Na Terra, a transição da matéria inanimada para a vida provavelmente ocorreu na água, há aproximadamente 4 bilhões de anos, quando as primeiras moléculas orgânicas se reproduziram. Rapidamente, uma vida protobacteriana apareceu, menos de um bilhão de anos após a formação da Terra. Uma protobactéria já é um estágio avançado da vida porque nesse organismo muito simples, todas as funções revelam uma complexidade notável, especialmente a da replicação.

A observação da vida na Terra nos mostra a capacidade da matéria de escalar gradualmente, por acaso, os degraus da complexidade. Mas onde está o ponto de ruptura entre o vivo e o não vivo? Em outras palavras, qual é o agrupamento de moléculas que permite o início da vida?

O carbono é produzido por nucleossíntese (fusão de 3 núcleos de hélio) no núcleo de estrelas massivas e depois liberado no espaço quando elas explodem. Nossa química começou com uma pequena estrutura molecular construída sobre um esqueleto de átomos de carbono, os aminoácidos.

Os cientistas tentam em vão criar vida a partir de moléculas de carbono, especialmente o 12C, que é uma assinatura biológica. A outra via explorada é a arqueologia molecular, cujo objetivo é encontrar as moléculas primordiais fossilizadas, mas as trazas de vida mais antigas (bactérias fossilizadas) param em aproximadamente 3.5 bilhões de anos. Nos sedimentos mais antigos, os arqueobiólogos encontraram moléculas orgânicas enriquecidas em 12C que datam de aproximadamente 3.8 bilhões de anos.

A vida esconde seus segredos de nós, então os cientistas se voltam para o espaço e o planeta Marte na esperança de encontrar vida em outro lugar. Encontrar um sistema vivo fossilizado o mais simples possível já é um desafio gigantesco.

O Vivo Transporta Informação Replicável!

Se considerarmos o problema a partir dos blocos primordiais da matéria ordinária, observamos que a matéria original, quarks, nucleons, átomos, se agita com a temperatura (o calor traduz diretamente a agitação das partículas).

No zero absoluto (−273.15 °C), a matéria está em um estado de energia mínima, sua entropia é nula e isso se traduz em uma "imobilidade total das partículas," embora na física quântica, as partículas sempre possuam uma quantidade de movimento não nula de acordo com o princípio da incerteza de Heisenberg.

Assim que o zero absoluto é ultrapassado, as partículas se agitam, se organizam e se aglomeram em átomos puros (ou seja, uma única espécie química, H, N, Fe...) depois em corpos moleculares simples (H2, N2, Fe...) antes de se misturarem por acaso com outras espécies para formar moléculas simples eletricamente neutras, agregados atômicos com formas particulares que compartilham elétrons (ligações covalentes).

Até agora, a atividade da matéria é relativamente bem compreendida e, nesta fase, a matéria não pode ser considerada viva; ela simplesmente se aglomera graças à força eletro-magnética de acordo com as migrações no ambiente.

A matéria não tem desígnio, inteligência, intenção ou projeto particular. Ela se deixa manipular facilmente pelo ambiente e também pelo homem quando fabrica nanopartículas. Os agregados moleculares, sob o efeito da agitação térmica e dos saltos aleatórios dos átomos de uma posição para uma posição vizinha, formam compostos químicos variados e estáveis.

Quanto mais átomos forem transportados pelo ambiente, mais o movimento fortuito dos átomos e moléculas se ordenará. Isso é "ordem a partir do desordem" como disse Erwin Schrödinger (1887 - 1961) em seu ensaio de 1944.

Entre todas essas moléculas naturalmente estáveis, haverá moléculas sólidas com estruturas cristalinas (que não se repetem) e moléculas desordenadas. A partir de um número muito pequeno de átomos, haverá um número quase infinito de possibilidades de agrupamento. Cada encontro entre dois átomos dependerá de sua eletronegatividade, ou seja, sua capacidade recíproca de criar uma ligação eletro-magnética.

Os compostos químicos são moléculas de vários elementos químicos diferentes ligados entre si por ligações químicas. De vez em quando, por acaso, os compostos químicos se auto-organizam em ligações químicas covalentes.

Os agrupamentos entre os átomos são de 3 tipos:

• Ligações iônicas: são ligações resultantes da perda de um ou mais elétrons de valência (elétrons da camada periférica que intervêm nas ligações químicas) por um átomo e da captura desses elétrons por outro átomo. Este tipo de ligação geralmente se estabelece entre elementos que apresentam uma diferença de eletronegatividade muito alta ≥ 1.7 na escala de Pauling, entre o flúor = 4 e o frâncio = 0.7).
• Ligações covalentes: os átomos ligados contribuem cada um com um elétron de valência para criar um par de elétrons compartilhado entre duas entidades. Os elementos ligados nesse tipo de ligação apresentam uma diferença de eletronegatividade nula ou < 1.7 na escala de Pauling.
• Ligações covalentes de coordenação: são ligações covalentes entre dois átomos para os quais os dois elétrons compartilhados na ligação provêm do mesmo átomo.

Em Resumo

Parece que é a partir de certos compostos químicos construídos sobre um esqueleto de átomos de carbono enrolados em gigantescas estruturas moleculares que a atividade da matéria muda de natureza.

O agrupamento e a forma dessas estruturas determinarão as funções químicas que farão parte de um plano de fabricação (a maneira mais parcimoniosa e simples de se auto-replicar). Esse plano de fabricação possui todas as informações que permitirão reconstruir o sistema.

É a partir desse momento que a vida começa e o sistema é considerado vivo.

Hermann von Helmholtz (1821 − 1894) "Se todos os nossos esforços para provocar o nascimento de organismos a partir de matéria inerte falharem, parece-me que procedemos de maneira perfeitamente justificada ao nos perguntarmos se a vida teve alguma vez uma origem, se não é tão antiga quanto a matéria e se seus germes, transportados de um corpo celeste para outro, não se desenvolveram onde encontraram um solo favorável?"

N.B.: A eletronegatividade de um elemento é uma grandeza que caracteriza sua capacidade de atrair elétrons durante a formação de uma ligação química com outro elemento.