O origem da célula tem mais de 3,5 bilhões de anos. A forma como essas unidades funcionais se originaram tem despertado a curiosidade de cientistas por vários séculos..
A origem da vida per se foi acompanhado pela origem das células. Em um ambiente primitivo, as condições ambientais eram muito diferentes do que observamos hoje. A concentração de oxigênio era praticamente zero e a atmosfera era dominada por outra composição de gases..
Diversas experiências de laboratório comprovaram que nas condições ambientais iniciais da Terra é possível a polimerização de várias biomoléculas características de sistemas orgânicos, a saber: aminoácidos, açúcares, etc..
Uma molécula com capacidade catalítica e de se replicar (potencialmente, um RNA) poderia ser encerrada em uma membrana fosfolipídica, formando as primeiras células procarióticas primitivas, que evoluíram seguindo os princípios darwinianos.
Da mesma forma, a origem da célula eucariótica geralmente é explicada usando a teoria endossimbiótica. Essa ideia sustenta que uma grande bactéria engoliu uma menor e com o passar do tempo deu origem às organelas que conhecemos hoje (cloroplastos e mitocôndrias)..
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Célula é um termo que vem da raiz latina celula, o que significa oco. Estas são as unidades funcionais e estruturais dos seres vivos. O termo foi utilizado pela primeira vez no século XVII pelo investigador Robert Hooke, quando examinava uma folha de cortiça à luz de um microscópio e observava uma espécie de células.
Com esta descoberta, mais cientistas - notadamente as contribuições de Theodor Schwann e Matthias Schleiden - ficaram interessados na estrutura microscópica da matéria viva. Assim nasceu um dos pilares mais importantes da biologia: a teoria celular..
A teoria sustenta que: (a) todos os seres orgânicos são compostos de células; (b) as células são a unidade de vida; (c) as reações químicas que sustentam a vida ocorrem dentro dos limites da célula e (d) toda a vida vem de vida pré-existente.
Este último postulado está resumido na famosa frase de Rudolf Virchow: “omnis cellula e cellula”- todas as células são derivadas de outras células já existentes. Mas de onde veio a primeira célula? A seguir iremos descrever as principais teorias que procuram explicar a origem das primeiras estruturas celulares..
A origem da vida é um fenômeno intimamente ligado à origem das células. Na terra, existem duas formas celulares de vida: procariontes e eucariotos..
Ambas as linhagens diferem basicamente em termos de complexidade e estrutura, com os eucariotos sendo organismos maiores e mais complexos. Isso não quer dizer que os procariontes sejam simples - um único organismo procariótico é uma aglomeração organizada e intrincada de vários complexos moleculares..
A evolução de ambos os ramos da vida é uma das questões mais emocionantes do mundo da biologia.
Cronologicamente, a vida é estimada em 3,5 a 3,8 bilhões de anos. Isso apareceu cerca de 750 milhões de anos após a formação da Terra.
No início da década de 1920, a ideia de que macromoléculas orgânicas poderiam se polimerizar espontaneamente sob as condições ambientais de uma atmosfera primitiva - com baixas concentrações de oxigênio e altas concentrações de CO - começou a ser desenvolvida.dois e ndois, mais uma série de gases como Hdois, HdoisS, e o CO.
Supõe-se que a hipotética atmosfera primitiva proporcionou um ambiente redutor que, juntamente com uma fonte de energia (como a luz solar ou descargas elétricas), criou as condições propícias à polimerização de moléculas orgânicas..
Essa teoria foi confirmada experimentalmente em 1950 pelo pesquisador Stanley Miller durante seus estudos de pós-graduação..
Após especificar as condições necessárias para a formação das moléculas que encontramos em todos os seres vivos, é necessário propor uma molécula primitiva com a capacidade de armazenar informações e se replicar - as células atuais armazenam informações genéticas sob uma linguagem de quatro nucleotídeos no. Molécula de DNA.
Até o momento, o melhor candidato para essa molécula é o RNA. Não foi até 1980 que os pesquisadores Sid Altman e Tom Cech descobriram as capacidades catalíticas deste ácido nucleico, incluindo a polimerização de nucleotídeos - um passo crítico na evolução da vida e das células..
Por essas razões, acredita-se que a vida começou a usar o RNA como material genético, e não o DNA como faz a grande maioria das formas atuais..
Uma vez obtidas as macromoléculas e a molécula capaz de armazenar informações e se replicar, a existência de uma membrana biológica é necessária para determinar os limites entre o ambiente vivo e o extracelular. Evolutivamente, esta etapa marcou a origem das primeiras células.
Acredita-se que a primeira célula tenha surgido de uma molécula de RNA envolvida por uma membrana composta de fosfolipídios. Estas últimas são moléculas anfipáticas, o que significa que uma parte é hidrofílica (solúvel em água) e a outra parte é hidrofóbica (não solúvel em água)..
Quando os fosfolipídios são dissolvidos em água, eles têm a capacidade de se agregar espontaneamente e formar uma bicamada lipídica. As cabeças polares são agrupadas voltadas para o meio aquoso e as caudas hidrofóbicas dentro, em contato uma com a outra.
Essa barreira é termodinamicamente estável e cria um compartimento que permite que a célula se separe do ambiente extracelular..
Com o tempo, o RNA encerrado na membrana lipídica continuou seu caminho evolutivo seguindo mecanismos darwinianos - até apresentar processos complexos como a síntese de proteínas..
Uma vez que essas células primitivas foram formadas, o desenvolvimento das vias metabólicas que conhecemos hoje começou. O cenário mais plausível para a origem das primeiras células é o oceano, portanto as primeiras células foram capazes de obter alimentos e energia diretamente do meio ambiente..
Quando os alimentos se tornaram escassos, certas variantes celulares devem ter surgido com métodos alternativos de obtenção de alimentos e geração de energia que lhes permitiu continuar sua replicação..
A geração e o controle do metabolismo celular são essenciais para sua continuidade. Na verdade, as principais vias metabólicas são amplamente conservadas entre os organismos atuais. Por exemplo, uma bactéria e um mamífero realizam glicólise.
Foi proposto que a geração de energia evoluiu em três estágios, começando com a glicólise, seguido pela fotossíntese e terminando com o metabolismo oxidativo..
Como o ambiente primitivo carecia de oxigênio, é plausível que as primeiras reações metabólicas o dispensassem..
As células eram exclusivamente procarióticas até cerca de 1,5 bilhão de anos atrás. Nesse estágio, surgiram as primeiras células com núcleo verdadeiro e organelas próprias. A teoria mais proeminente na literatura que explica a evolução das organelas é a teoria endossimbiótica (endo significa interno).
Os organismos não estão isolados em seu ambiente. Comunidades biológicas apresentam múltiplas interações, tanto antagônicas quanto sinérgicas. Um termo abrangente usado para diferentes interações é simbiose - anteriormente usado apenas para relações mutualísticas entre duas espécies.
As interações entre organismos têm consequências evolutivas importantes, e o exemplo mais dramático disso é a teoria endossimbiótica, que foi proposta inicialmente pela pesquisadora americana Lynn Margulis na década de 1980..
De acordo com essa teoria, algumas organelas eucarióticas - como cloroplastos e mitocôndrias - eram inicialmente organismos procarióticos de vida livre. Em algum ponto da evolução, um procarioto foi engolido por um maior, mas não foi digerido. Em vez disso, ele sobreviveu e ficou preso dentro do organismo maior..
Além da sobrevivência, os tempos de reprodução entre os dois organismos foram sincronizados, conseguindo passar para gerações sucessivas..
No caso dos cloroplastos, o organismo engolfado exibia toda a maquinaria enzimática para realizar a fotossíntese, abastecendo o organismo maior com os produtos dessas reações químicas: os monossacarídeos. No caso das mitocôndrias, postula-se que o procarioto engolfado poderia ser uma α-proteobactéria ancestral.
No entanto, a identidade potencial do organismo hospedeiro maior é uma questão em aberto na literatura..
O organismo procariótico engolfado perdeu sua parede celular e, ao longo da evolução, sofreu as modificações relevantes que deram origem às organelas modernas. Esta é, em essência, a teoria endossimbiótica.
Atualmente, existem vários fatos que sustentam a teoria da endossimbiose, a saber: (a) o tamanho das mitocôndrias e cloroplastos atuais é semelhante ao dos procariotos; (b) essas organelas têm seu próprio material genético e sintetizam parte das proteínas, embora não sejam completamente independentes do núcleo e (c) haja múltiplas semelhanças bioquímicas entre as duas entidades biológicas.
A evolução das células eucarióticas está associada a uma série de vantagens sobre as células procarióticas. O aumento de tamanho, complexidade e compartimentação permitiu a rápida evolução de novas funções bioquímicas.
Após a chegada da célula eucariótica, surgiu a multicelularidade. Se uma célula "deseja" usufruir dos benefícios de um tamanho maior, ela não pode simplesmente crescer, pois a superfície da célula deve ser grande em relação ao seu volume..
Assim, organismos com mais de uma célula foram capazes de aumentar seu tamanho e distribuir as tarefas entre as múltiplas células que os compõem..
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