By: Astrobiology Magazine staff
Is it alive?
A crystal can grow, reach equilibrium, and even move in response to stimuli, but lacks what commonly would be thought of as a biological nervous system.
Image Credit: National Ignition Facility Programs
How to define “life” is a sweeping question that affects whole branches of biology, biochemistry, genetics, and ultimately the search for life elsewhere in the universe.
Comparar a tarefa semântica à antiga história hindu de identificar um elefante, tendo cada um de seis homens cegos tocando apenas a cauda, a tromba ou a perna, a resposta que um biólogo pode dar pode diferir dramaticamente da resposta dada por um físico teórico.
No entanto, alguma concordância inicial é possível. Os seres vivos tendem a ser complexos e altamente organizados. Eles têm a capacidade de absorver energia do meio ambiente e transformá-la para o crescimento e reprodução. Os organismos tendem para a homeostase: um equilíbrio de parâmetros que definem o seu ambiente interno. Os seres vivos respondem, e sua estimulação promove um movimento de reação, recuo e, em formas avançadas, aprendizagem. A vida é reprodutiva, já que é necessário algum tipo de cópia para que a evolução se apodere da mutação e seleção natural de uma população. Para crescer e se desenvolver, os seres vivos precisam antes de tudo ser consumidores, pois o crescimento inclui a mudança da biomassa, a criação de novos indivíduos e o derramamento de resíduos.
Para se qualificar como um ser vivo, uma criatura deve atender a alguma variação para todos esses critérios. Por exemplo, um cristal pode crescer, alcançar o equilíbrio e mesmo mover-se em resposta a estímulos, mas falta o que comumente seria pensado como um sistema nervoso biológico.
Embora seja necessária uma definição de “linha brilhante”, os casos limite dão à definição de vida uma qualidade distintamente cinzenta e difusa. Na esperança de restringir a definição de trabalho pelo menos terrívelmente, todos os organismos conhecidos parecem compartilhar uma química baseada em carbono, dependem da água e deixam para trás fósseis com isótopos de carbono ou enxofre que apontam para o metabolismo presente ou passado.
Se essas tendências fazem um conjunto rico de características, elas têm sido criticadas como ignorando a história da própria vida. Terrívelmente, a vida é classificada entre quatro famílias biológicas: arquebactérias, bactérias, eucariotas e vírus. Os arquea são o ramo recentemente definido que muitas vezes sobrevive em ambientes extremos como células únicas, e compartilham características tanto com bactérias quanto com eucariotas. As bactérias, frequentemente referidas como procariotas, geralmente carecem de clorofila (excepto para as cianobactérias) e de um núcleo celular, e fermentam e respiram para produzir energia. As eucariotas incluem todos os organismos cujas células têm um núcleo – assim os seres humanos e todos os outros animais são eucariotas, assim como as plantas, os protists, e os fungos. O agrupamento final inclui os vírus, que não têm células, mas fragmentos de DNA e RNA que se reproduzem parasitariamente quando infectam uma célula hospedeira compatível. Estas classificações esclarecem o grande quebra-cabeças da vida existente, mas fazem pouco para fornecer uma definição final.
Definir a vida assume um caráter mais enfeitiçador quando estendida além da biosfera da Terra. A recente adição de extremófilos (archaea) à árvore da vida ressalta a noção de que a vida é definida pelo que sabemos, pelo que vimos antes e, muitas vezes, pelo que conseguimos domesticar a um prato de petri de laboratório.
Astrobiology Magazine procurou a opinião de especialistas sobre esta importante questão da Dra. Carol Cleland, que ensina filosofia na Universidade do Colorado em Boulder e é membro do Instituto de Astrobiologia da NASA. Durante a sabática em Madri, Espanha, no Centro de Astrobiologia (CSIC-INTA), ela compartilhou suas reflexões sobre o poder das definições para moldar a ciência e a filosofia.
Entrevista com Carol Cleland
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“Estou interessada em formular uma estratégia para a busca de vida extraterrestre que permita ampliar os limites dos nossos conceitos de vida centrados na Terra”. -Carol Cleland
Crédito Imagem: Universidade do Colorado
br>Q: Qual a sua opinião sobre as tentativas de definição de “vida”?
Num artigo recente em Origens da Vida e Evolução da Biosfera, Christopher Chyba e eu argumentamos que é um erro tentar definir “vida”. Tais esforços refletem mal-entendidos fundamentais sobre a natureza e o poder das definições.
Definições nos dizem sobre os significados das palavras em nossa linguagem, ao invés de nos dizerem sobre a natureza do mundo. No caso da vida, os cientistas estão interessados na natureza da vida; eles não estão interessados no que a palavra “vida” significa em nossa linguagem. O que realmente precisamos focalizar é chegar a uma teoria geral adequada dos sistemas vivos, em oposição a uma definição de “vida”
Mas para formular uma teoria geral dos sistemas vivos, é preciso mais do que um único exemplo de vida. Como revelado pelas suas notáveis semelhanças bioquímicas e microbiológicas, a vida na Terra tem uma origem comum. Apesar de sua incrível diversidade morfológica, a vida terrestre representa apenas um único caso. A chave para formular uma teoria geral dos sistemas vivos é explorar possibilidades alternativas para a vida. Eu estou interessado em formular uma estratégia de busca de vida extraterrestre que permita ultrapassar os limites de nossos conceitos de vida centrados na Terra.
Q: Na categoria do que é “vivo”, você excluiria o que você chama de casos “limite” – vírus, proteínas auto-replicáveis, ou mesmo objetos não-tradicionais que têm algum conteúdo de informação, reproduzem, consomem e morrem (como programas de computador, incêndios florestais, etc.)?
Esta é uma questão complexa. A linguagem é vaga, e todos os termos enfrentam casos-limite. Um rapaz solteiro de 12 anos é um “solteiro”? Que tal um rapaz de dezoito anos de idade? Quantos cabelos são necessários para transformar um homem “careca” num homem que “não é careca”? 20 ou 100 ou 1.000 cabelos?
O facto de haver casos de fronteira – que não conseguimos arranjar um corte preciso – não significa que não haja diferença entre um solteiro e um homem casado, ou um homem careca e um homem que não é careca. Essas dificuldades não representam dificuldades profundas; elas apenas representam o fato de que a linguagem tem um certo grau de flexibilidade. Portanto, não acho que entidades como os vírus forneçam desafios muito interessantes para as definições de “vida”
Por outro lado, não acho que definir “vida” seja uma atividade muito útil para os cientistas, já que não vai nos dizer o que realmente queremos saber, que é “o que é vida”. Uma teoria científica da vida (que não é a mesma que uma definição de vida) seria capaz de responder a estas questões de uma forma satisfatória.
Como analogia, os alquimistas medievais classificaram muitos tipos diferentes de substâncias como água, incluindo o ácido nítrico (que era chamado de “aqua fortis”). Eles fizeram isso porque o ácido nítrico exibia muitas das propriedades sensíveis da água, e talvez o mais importante, era um bom solvente. Não foi até o advento da teoria molecular que os cientistas puderam entender porque o ácido nítrico, que tem muitas das propriedades da água, não é, no entanto, água. A teoria molecular explica de forma clara e convincente porque é este o caso: a água é H2O – dois átomos de hidrogénio e um átomo de oxigénio. O ácido nítrico tem uma composição molecular diferente.
Uma boa teoria de vida faria o mesmo para os casos que você menciona, tais como programas de computador. A simples definição de “vida” de tal forma que incorpora a entidade “viva” não tradicional favorita de alguém não avança de forma alguma neste projeto.
Q: Qual é sua teoria favorita de como a vida poderia ter surgido na Terra – cristais de argila, mundo RNA, membranas ou alguma outra opção?
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br>>p>Freeman Dyson, fundador da “teoria da dupla origem”
Image Credit: Trustees of Dartmouth College
Parece-me que todas as teorias sobre a origem da vida enfrentam dois grandes obstáculos. O maior deles é explicar a origem do complexo esquema cooperativo trabalhado entre proteínas e ácidos nucléicos — a produção controlada de sistemas catalíticos auto-replicáveis de biomoléculas. Todos os relatos populares da origem da vida me parecem como um passo lateral nesta questão. Ao invés disso, eles focam no outro obstáculo: produzindo aminoácidos e nucleotídeos, e os fazendo polimerizar em proteínas e ácidos nucléicos (tipicamente, RNA). Mas parece-me que nenhum deles nos forneceu uma história muito satisfatória sobre como isto aconteceu.
Todos os cenários que foram propostos para produzir RNA sob condições naturais plausíveis carecem demonstração experimental, e isto inclui o mundo de RNA, cristais de argila, e relatos de vesícula. Ninguém tem sido capaz de sintetizar RNA sem a ajuda de catalisadores de proteínas ou modelos de ácido nucléico, e sobre este problema, há a fragilidade da molécula de RNA para enfrentar.
Mas eu ainda acho que o problema mais sério é a próxima etapa do processo, a coordenação de proteínas e RNA através de um código genético em um sistema catalítico auto-replicável de moléculas. A probabilidade de isto acontecer por acaso (dada uma mistura aleatória de proteínas e RNA) parece astronomicamente baixa. Ainda a maioria dos investigadores parecem assumir que se eles podem fazer sentido da produção independente de proteínas e RNA sob condições primordiais naturais, a coordenação de alguma maneira tomará conta de si.
Eu suponho que se eu tivesse que escolher uma teoria favorita, seria a teoria de origem dupla de Freeman Dyson, que postula um mundo inicial de proteína que eventualmente produziu um mundo de RNA como um subproduto de um metabolismo cada vez mais sofisticado. O mundo do RNA, que começa como um parasita obrigatório do mundo proteico, acaba por produzir o esquema cooperativo e, portanto, a vida tal como a conhecemos hoje. Gosto do facto de este relato tentar lidar com a origem do esquema cooperativo.
Q: Acha que poderia ter havido múltiplas origens de vida, ou que a vida poderia ter vindo para a Terra de outro lugar?
Vida surgida mais de uma vez a partir de materiais não vivos poderia ocorrer noutro lugar que não a Terra, mas também poderia ter ocorrido na Terra. É possível que a vida extraterrestre exista e que toda a vida, no entanto, tenha um antepassado comum. Os cientistas agora acreditam que micróbios podem sobreviver a viagens interplanetárias encravadas em meteoros produzidos por impactos de asteróides em corpos planetários contendo vida. Em outras palavras, todos nós poderíamos ser descendentes de marcianos – ou marcianos, se eles existirem, poderiam compartilhar um ancestral comum conosco! Em resumo, a simples descoberta da vida extraterrestre não garante que a vida tenha tido mais de uma origem.
Q: Como um dos grandes mistérios e desafios da ciência, você acha que podemos determinar a origem da vida através da experimentação?
Eu espero que sim! Mas até que tenhamos uma teoria de vida adequada para conduzir a formulação das experiências certas, será difícil de dizer. Suponho que é sempre possível que a vida não seja uma categoria natural e, portanto, nenhuma teoria universal da vida pode ser formulada. Mas duvido.
É também possível que a vida na Terra seja o produto de um processo histórico muito complexo que envolve demasiadas contingências para ser facilmente acessível a investigações experimentais definitivas. Uma teoria da vida adequadamente geral tornaria isto claro, no entanto. Além disso, a pesquisa histórica é bastante capaz de obter evidências empíricas que podem resolver questões históricas desta prova que é tão convincente quanto aquela fornecida pela pesquisa experimental clássica! Assim mesmo se nós não podemos produzir vida no laboratório a partir de materiais não-vivos, não segue que nós nunca saberemos como a vida originou na Terra.
O que se segue?
A Agência Espacial Europeia vai lançar uma missão a Marte no início do Verão de 2003. Os planos actuais são que o seu módulo terrestre, Beagle 2, realize experiências biológicas concebidas para procurar provas de vida em Marte. Como exemplo de como a definição de vida pode moldar directamente a ciência exploratória, a carga útil científica em Beagle 2 investigará as características comuns pensadas para indicar a vida. Por exemplo, Beagle 2 irá procurar a presença de água, a existência de minerais carbonatados, a ocorrência de resíduos orgânicos e qualquer fracionamento isotópico entre as fases orgânica e inorgânica. Cada uma delas fornecerá pistas sobre a probabilidade de vida em Marte quando comparada com as condições ambientais predominantes, tais como temperatura, pressão, velocidade do vento, fluxo UV, potencial de oxidação e ambiente de poeira.
Abstract from Cleland, Chyba (2002): “Não há uma definição amplamente aceita de ‘vida’. As definições sugeridas enfrentam problemas, muitas vezes sob a forma de contra-exemplos robustos. Aqui usamos insights de investigações filosóficas sobre linguagem para argumentar que a definição de ‘vida’ representa atualmente um dilema análogo ao enfrentado por aqueles que esperam definir ‘água’ antes da existência da teoria molecular. Na ausência de uma teoria análoga da natureza dos sistemas vivos, a interminável controvérsia sobre a definição de vida é inescapável”
Cleland, Carol E.; Chyba, Christopher F., Origins of Life and Evolution of the Biosphere, v. 32, Número 4, p. 387-393 (2002).