PRIMEIRAS ETAPAS DA EVOLUÇÃO
BIOLÓGICA
Em cerca de 1000 milhões de anos, ocorreu a evolução dos protobiontes até às formas mais simples de células, de tipo bacteriano. Este processo evolutivo esteve, naturalmente, sujeito às contingências físicas e químicas impostas pelo meio, mas com uma circunstância nova, que consiste no facto de o objecto da evolução, os seres vivos, serem eles próprios agentes de transformação do meio. Podemos distinguir, nos primórdios da evolução biológica, cinco etapas.
1.ª etapa:
Consumo directo de ATP
Sabemos que no mundo actual, somente os seres autotróficos são capazes de sintetizar de novo matéria orgânica. Todos os outros, os heterotróficos, exploram a matéria orgânica preexistente.
Não sendo autotróficos, os primeiros seres vivos exploraram directamente o manancial de moléculas orgânicas formadas espontaneamente e acumuladas no “caldo primordial”, a fim de extraírem os materiais e a energia necessários para o seu metabolismo. O material energético terá sido essencialmente a adenosina trifosfato ou ATP. Trata-se de um nucleótido como muitos outros, com a propriedade, que lhe não é exclusiva, de libertar uma grande quantidade de energia quando se rompe uma ligação fosfato, transformando-se então em adenosina difosfato ou ADP:
Hidrólise do ATP
Não há aparentemente uma boa razão que justifique ter sido a adenina, e não a guanina ou outra das bases azotadas, aquela cujo nucleótido trifosfatado passou a desempenhar o papel chave como molécula energética. Poderá encontrar-se uma explicação no facto de a adenina ser facilmente sintetizável a partir de cinco moléculas de ácido cianídrico, substância sem dúvida abundante. O facto é que a sua intervenção no metabolismo dos seres vivos é universal.
Os primeiros seres vivos ter-se-ão servido do ATP presente no meio e, uma vez extraída a energia da ligação fosfato, terão excretado o ADP.
O sucesso dos mecanismos de reprodução e o progressivo aperfeiçoamento terão conduzido a um aumento das populações melhor dotadas e, consequentemente, a maiores necessidades energéticas. O ATP abiótico, presente no meio, terá deixado de ser suficiente para satisfazer as necessidades. Os seres vivos ter-se-ão confrontado então com a primeira crise energética.
2.ª etapa:
Glicólise
A adaptação às novas condições de penúria de ATP abiótico, consistiu na aquisição da capacidade de sintetizar ATP a partir de ADP e de outra fonte externa de energia. É possível que vários sistemas tenham sido "testados", mas aquele que perdurou e é universal, recorre à glucose, um açúcar certamente muito abundante no “caldo primordial”. A glucose (uma hexose) é absorvida pela célula e oxidada em presença de moléculas aceitadoras de electrões. Em consequência, é cindida em duas moléculas de ácido pirúvico (triose). A energia libertada, cerca de 33 calorias, é parcialmente recuperada e empregue na síntese de duas moléculas de ATP. É o processo catabólico anaeróbio da glucose, denominado glicólise, e que está na base das fermentações praticadas por muitos organismos:
Glicólise
Tal como sucedera antes, também o açúcar se deve ter esgotado, perante o sucesso do novo sistema metabólico e a multiplicação dos organismos. Os seres vivos ter-se-ão confrontado então com a segunda crise energética. A carência de açúcar terá constituido assim um poderoso factor de pressão selectiva.
3.ª etapa:
Fotossíntese e autotrofia
Na impossibilidade de encontrar glucose no ambiente, terão sobrevivido os seres vivos que manifestavam a capacidade de síntese do açúcar (autotróficos), para, em seguida, o utilizarem na regeneração do ATP.
A síntese da glucose é um processo que implica não só fontes de carbono e de hidrogénio, como ainda energia. A solução foi encontrada pelos organismos que desenvolveram a capacidade de aproveitar a energia solar (fotossíntese). Dispunham para tal fim de pigmentos captadores de energia fotónica e utilizavam o dióxido de carbono como fonte de carbono e o sulfureto de hidrogénio (H2S), como fonte de hidrogénio.
Fotossíntese anaeróbia
A rejeição do enxofre (S2) na natureza, sendo sólido nas condições habituais, não causava qualquer perturbação para o ambiente. Estima-se que a fotossíntese consumidora de sulfureto de hidrogénio terá perdurado durante várias centenas de milhões de anos (de - 3 biliões a - 2,7 biliões de anos).
Existem hoje muitas bactérias fotossintetizantes anoxigénicas (que não podem viver em presença de oxigénio), como as bactérias verdes e as bactérias púrpura (ou roxas). Tanto num como no outro grupo, subsistem espécies sulfurosas.
Posteriormente surgiu uma outra modalidade de fotossíntese, consumidora não de sulfureto de hidrogénio, mas de água, molécula muito mais abundante na natureza. Como subproduto, os organismos passaram a libertar oxigénio na atmosfera. As cianobactérias actuais pertencem a este grupo.
Fotossíntese geradora de oxigénio
O oxigénio é, para os organismos anaeróbios, um tóxico poderoso, um gás corrosivo. Capta electrões e dá origem aos chamados radicais livres, isto é, substâncias altamente reactivas e de vida breve que causam danos aos compostos de carbono, de hidrogénio, de enxofre e de azoto, que estão na base da vida. A sua progressiva libertação na atmosfera provocou alterações brutais nas condições de vida. É provável que o seu efeito se não tenha feito sentir de imediato, pois o meio, sendo redutor, continha diversos elementos capazes de fixar o oxigénio, nomeadamente os sais de ferro, que se encontravam em estado ferroso (Fe++) nos mares primitivos. Quando se esgotou a capacidade de fixação do oxigénio, este pôde acumular-se na atmosfera, subindo o seu teor de 0,001% para cerca de 21% ! A atmosfera transformou-se, assim, de redutora em oxidante, há cerca de 1,8 biliões de anos.
4.ª etapa:
A respiração aeróbica
Todas as etapas de evolução metabólica até agora referidas aconteceram em seres que viviam dentro de água ou ao abrigo das radiações solares directas, pois os raios ultravioletas de comprimento de onda curto são fortemente energéticos e poderosamente destrutivos para as formas de vida.
A existência de oxigénio livre na atmosfera, e sobretudo, dissolvido na água dos mares e oceanos veio, por sua vez, tornar inóspitos para muitos seres vivos, necessariamente anaeróbios, os ambientes marinhos até então colonizados. Algumas formas puderam sobreviver, mas apenas nos meios onde o oxigénio não penetrava.
Um outro tipo de metabolismo foi entretanto seleccionado pela evolução, face às novas condições ambientais. Trata-se na realidade de uma extensão da glicólise, que, em vez de parar no ácido pirúvico, se prolonga até a total cisão da molécula de glucose em seis moléculas de dióxido de carbono. A oxidação da glucose é completa e tem agora como aceitador final de electrões o próprio oxigénio. Este novo processo, designado por respiração, fornecendo 673 calorias, o suficiente para regenerar 36 moléculas de ATP a partir de ADP, oferece um rendimento cerca de 18 vezes superior ao da glicólise.
Respiração
Os organismos apetrechados para executarem este novo processo catabólico, dispunham de uma dupla vantagem competitiva: não só obtinham muito mais energia a partir do mesmo “combustível”, a glucose, como podiam colonizar à vontade as água marinhas oxigenadas.
5.ª etapa:
A vida fora da água
Como foi referido, a vida fora de água corria sérios riscos de ser destruída pelos raios UV de alta energia. Logo que principiaram a existir quantidades significativas de oxigénio, na atmosfera, como produto secundário da fotossíntese, formou-se, na estratosfera, um escudo de ozono (O3). Esta camada molecular é absorvente dos raios UV de maior energia, pelo que a superfície da Terra passou a ficar relativamente protegida desse perigo. Tal facto possibilitou, de seguida, a colonização dos meios terrestres, por muitas espécies, mas terá provavelmente posto termo à síntese abiótica de compostos orgânicos.
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