Origem e Evolução das Células
Admite-se que o processo evolutivo que originou as primeiras células começou na Terra a aproximadamente 4 bilhões de anos. Naquela época, a atmosfera provavelmente continha vapor d agua, amónia, metano, hidrogênio, sulfeto de hidrogênio e gás carbônico. O oxigênio livre só apareceu muito depois, graças à atividade fotossintética das células autotróficas.
Há 4 bilhões de anos, a superfície da Terra estaria coberta por grande quantidade de água, disposta em grandes “oceanos” e “lagoas”. Essa massa líquida, chamada de caldo primordial, era rica em moléculas inorgânicas e continha em solução os gases que constituíam a atmosfera daquela época. Sob a ação do calor e da radiação ultravioleta, vindos do sol, e de descargas elétricas, oriundas das tempestades que eram muito frequentes, as moléculas dissolvidas no caldo primordial combinaram-se quimicamente para constituírem os primeiros compostos contendo carbono. Substâncias relativa-mente complexas como proteínas e ácidos nucleicos, que, nas condições terrestres atuais, só se formam pela ação das células ou por síntese nos laboratórios químicos, teriam aparecido espontaneamente, ao acaso. Esse tipo de síntese, realizada sem a participação de seres vivos, é denominada prebiótica, e já foi demonstrado experimentalmente que ela é possível.
O acúmulo gradual dos compostos de carbono foi favorecido por três circunstâncias: (1) a enorme extensão da Terra, com grande variedade de nichos, onde provavelmente ocorreu a formação de moléculas que foram mantidas próximas umas das outras e, certamente, diferentes das existentes em outros locais; (2) o longo tempo, cerca de 2 bilhões de anos, período em que ocorreu a síntese prebiótica no caldo primordial; e (3) a ausência de oxigênio na atmosfera, já mencionada, e importante porque assim as moléculas neoformadas não foram logo destruídas por oxidação. Na atmosfera atual da Terra, a síntese do tipo prebiótico é impossível.
É provável que no caldo primordial tenham surgido polímeros de aminoácidos e de nucleotídios, formando-se assim as primeiras moléculas de proteínas e de ácidos nucleicos. Todavia, somente ácidos nucleicos são capazes de autoduplicação, e a demonstração experimental recente de que, em laboratório, moléculas de RNA simples são capazes de evoluir para moléculas mais complexas, sem auxílio de proteínas enzimáticas, faz supor que a evolução começou com moléculas de RNA.
Como será visto adiante, o RNA pode ter atividade enzimática, propriedade que já se pensou ser exclusiva das proteínas. Aparecidas as primeiras moléculas de RNA com capacidade de se multiplicarem e de evoluir, estava iniciado o caminho para as primeiras células. Porém, era necessário que o sistema autocatalítico ficasse isolado, para que as moléculas não se dispersassem no líquido prebiótico. Provavelmente ao acaso, formaram-se moléculas de fosfolipídios que, espontaneamente, constituíram as primeiras bicamadas fosfolipídicas, e estas podem ter englobado conjuntos de moléculas de ácidos ribonucleicos, nucleotídios, proteínas e outras moléculas. Estava, assim, constituída a primeira célula, com sua membrana fosfolipídica. Os fosfolipídios são moléculas alongadas, com uma cabeça hidrofílica e duas cadeias hidrofóbicas. Quando estão dissolvidas em água, as moléculas de fosfolipídios se prendem por interação hidrofóbica de suas cadeias e constituem bicamadas espontaneamente, sem necessidade de energia.
Os dados hoje disponíveis permitem supor que, em seguida ao ácido ribonucleico (RNA), deve ter surgido o ácido desoxirribonucleico (DNA), formado pela polimerização de nucleotídios sobre um molde ( template ) de RNA, e os dois tipos de ácidos nucleicos passaram a determinar os tipos de proteínas a serem sintetizadas. Considerando a enorme variedade de proteínas celulares, formadas por 20 monômeros diferentes (os 20 aminoácidos), é pouco provável que todas as proteínas se tenham formado por acaso. A síntese das proteínas deve ter sido dirigida pelos ácidos nucleicos, com eliminação das proteínas inúteis, pelo próprio processo evolutivo.
É razoável supor que a primeira célula que surgiu era estruturalmente simples, certamente uma procarionte heterotrófica, e, também, que essa célula foi precedida por agregados de RNA, DNA e proteínas, envoltos por bicamada de fosfolipídios. Esses agregados continuaram o processo evolutivo
iniciado pelas moléculas de RNA, e deram origem às primeiras células, que devem ter sido procariontes estruturalmente simples.
Como essas primeiras células procariontes eram heterotróficas e, portanto, incapazes de sintetizar compostos ricos em energia (alimentos), o processo evolutivo teria sido interrompido pelo esgotamento dos compostos de carbono formados pelo processo prebiótico, nos nichos em que surgiram as células primordiais. Essas primeiras células, além de procariontes e heterotróficas, eram também anaeróbias, pois não existia oxigênio na atmosfera. Teria sido difícil sustentar o processo evolutivo das células primitivas, se elas tivessem permanecido dependentes, para sua nutrição, das moléculas energéticas formadas por síntese prebiótica no caldo primordial.
A manutenção da vida na Terra dependeu, então, do aparecimento das primeiras células autotróficas, ou seja, capazes de sintetizar moléculas complexas a partir de substâncias muito simples e da energia solar Admite-se que tenha surgido, em células procariontes, um sistema capaz de utilizar a energia do sol e armazená-la em ligações químicas, sintetizando assim alimentos e liberando oxigênio. Esse novo tipo celular seria provavelmente muito semelhante às “algas azuis” ou cianofíceas, que são bactérias ainda hoje existentes. Iniciou-se, assim, a fotossíntese, que ocorreu em virtude do aparecimento, nas células, de determinados pigmentos, como a clorofila (pigmento de cor verde), que capta as radiações azul e vermelha da luz do sol, utilizando sua energia para ativar processos sintéticos.
O oxigênio liberado pela fotossíntese realizada pelas bactérias autotróficas foi-se acumulando na atmosfera. Isso produziu grandes alterações na atmosfera, pois as moléculas do gás oxigênio (0 2 ) se difundiram para as alturas mais elevadas da atmosfera, onde se romperam sob ação da radiação ultravioleta, originando átomos de oxigênio, muitos dos quais se recombinaram para formar ozônio (0 3 ), que tem grande capacidade de absorver o ultravioleta. Desse modo, formou-se, pouco a pouco, uma camada de ozônio que protege a superfície da Terra contra a radiação ultravioleta, mas que é transparente aos comprimentos de onda visíveis.
O início da fotossíntese e as modificações da atmosfera foram de grande importância para a evolução das células e das formas de vida hoje existentes na Terra. Graças à fotossíntese, surgiu o oxigênio na atmosfera, e isso permitiu o aparecimento de células aeróbias, ao mesmo tempo em que criou uma cobertura protetora de ozônio nas camadas superiores da atmosfera. As bactérias anaeróbias ficaram restritas a nichos especiais, onde não existe oxigênio.
Supõe-se que o passo seguinte no processo evolutivo, depois das células procariontes autotróficas, foi o surgimento das células eucariontes. Tudo indica que as células eucariontes, caracterizadas por seu elaborado sistema de membranas, tenham se originado a partir de procariontes, por invaginações da membrana plasmática, que foi puxada por proteínas contráteis previamente aparecidas no citoplasma. Essa hipótese é apoiada pela observação de que as membranas intracelulares mantêm, aproximadamente, a mesma assimetria que existe na membrana plasmática. A face das membranas internas que está em contato com o citosol (matriz citoplasmática) assemelha-se à sua equivalente na membrana plasmática, e o mesmo acontece com a face voltada para o interior dos compartimentos intracelulares, que tem semelhança com a face externa da membrana plasmática. A interiorização da membrana foi fundamental para a evolução das células eucariontes, pois formou diversos compartimentos intracelulares, como o retículo endoplasmático, endossomos, lisossomos e aparelho de Golgi, que são microrregiões, cada uma com sua composição enzimática típica e atividades funcionais específicas. Esta separação molecular e funcional aumenta muito a eficiência dos processos celulares.
Há evidências sugestivas de que as organelas envolvidas nas transformações energéticas, cloroplastos e mitocôndrias, originaram-se de bactérias que foram fagocitadas, escaparam dos mecanismos de digestão intracelular e se estabeleceram como simbiontes (endossimbiontes) nas células eucariontes hospedeiras, criando um relacionamento mutuamente benéfico e que se tornou irreversível com o passar dos anos, em razão de mutações ocorridas no endossimbionte (chama-se endossimbionte um simbionte intracelular). As principais evidências a favor dessa hipótese são:
1- mitocôndrias e cloroplastos contêm um genoma de DNA circular, como o das bactérias
2 - essas organelas têm duas membranas, sendo a interna semelhante, em sua composição, às membranas bacterianas, en-quanto a externa, que seria a parede do vacúolo fagocitário, assemelha-se à membrana das células eucariontes hospedeiras. Além disso, simbiose entre bactérias e células eucariontes continua acontecendo, sendo inúmeros os casos atualmente existentes.
Ao longo da evolução, tanto as mitocôndrias como os cloroplastos foram perdendo seu genoma para o núcleo da célula hospedeira, tornando-se dependentes do DNA dos cromossomos das células hospedeiras. A maior parte das proteínas das mitocôndrias e dos cloroplastos é codificada por RNA mensageiro proveniente do núcleo celular, sintetizadas nos polirribossomos da matriz citoplasmática e, depois, transferidas para dentro das mitocôndrias e cloroplastos.
