A
toxicidade das necessidades básicas da Vida
Toda criatura viva é feita de unidades maravilhosamente pequenas e
complexas chamadas células. As células vistas sob o microscópio não parecem muita
coisa, contudo elas são cheias de máquinas em micro escala envolvidas em reações
tremendamente complexas. A maior parte dos processos da vida são tão pequenos e
transparentes que nós não podemos vê-los em ação com o microscópio. Mas, a
química da vida está em constante movimento nas células vivas. Livros textos de
bioquímica, de nível universitário, tipicamente contém mais de mil páginas e
descrevem centenas de milhares de reações complexas, que
ocorrem simultaneamente dentro desses minúsculos pacotes de vida que nós chamamos células.
Apesar dessa imensa complexidade, as células vivas são feitas
primariamente de quatro átomos: carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio.
Dois desses átomos, hidrogênio e oxigênio são misturados para formar água, que
é a mais abundante molécula em organismos vivos. A própria molécula de
oxigênio desempenha um papel crítico na regeneração de energia na célula. Somando a
isso, todas as criaturas vivas precisam de um estoque de energia. Por fim, a
energia na maior parte dos ecossistemas vem da luz. Por exemplo, toda a energia
do alimento que nós consumimos pode ser traçada de volta, eventualmente, para a
energia da luz capturada nas células. Então, não é nenhuma surpresa que
oxigênio, água e luz são muito abundantes na terra. Os organismos vivos estão
continuamente expostos a estas substâncias muito importantes que a vida
depende. Estudiosos da origem da vida, que tentam determinar como a vida se
originou por meios naturais, devem incorporar água, oxigênio e luz dentro de
suas fórmulas para o início da vida. No entanto, é bastante curioso que estas
três substâncias são tóxicas à vida. De fato, as células vivas lutam
diariamente, momento a momento, uma batalha contra a toxicidade do oxigênio, da
água e da luz. Vamos examinar a toxicidade de cada uma dessas substâncias.
O oxigênio interage com muitos átomos e moléculas. Isso é evidente em
estruturas metálicas ao nosso redor, que tende a oxidar ou enferrujar com o
tempo. Se o oxigênio contido em nossa atmosfera fosse só alguns percentuais a
mais dos seus atuais 21 por cento, o potencial para incêndios florestais
devastadores e uma atmosfera instável explosiva aumentaria significantemente,
fazendo a vida menos provável de desenvolver-se na terra. Os efeitos tóxicos de
níveis elevados de oxigênio podem ser diretamente observados em pulmões
estragados de pacientes humanos que receberam oxigênio por razões terapêuticas.
O oxigênio é tóxico aos organismos vivos porque quando ele interage com
células vivas, as próprias moléculas do oxigênio decompõem-se em intermediários
tóxicos. Esses intermediários interagem e modificam muitas moléculas essenciais
na célula. Consequentemente, porque nós vivemos em um meio ambiente oxigenado,
nossas células e seus conteúdos são constantemente ameaçados pelos
intermediários tóxicos do oxigênio. Se essa ameaça não é continuamente
neutralizada, a vida cessaria. A célula suporta essa ameaça fazendo uma
variedade de enzimas tóxicas de oxigênio de ligação, incluindo um tipo maior
chamado superóxido dismutase (SOD), que restringe e desativa o superóxido, a
espécie tóxica dominante no oxigênio. SOD é encontrado dentro da célula, fora
da célula e nas membranas da célula. As células do nosso corpo são literalmente
cercadas pelo SOD. De fato, a concentração de SOD no ambiente celular pode ser
cem mil vezes maior do que a concentração do tóxico superóxido.
Tendo em vista o oxigênio ter aparecido muito cedo no desenvolvimento da
vida, o SOD ou um mecanismo de proteção similar a ele deveria ser requerido a
surgir cedo também na evolução da vida. Isso é problemático por várias razões.
Uma é que o SOD necessitaria especificamente restringir o superóxido, não o
oxigênio. O superóxido e o oxigênio são muito similares em tamanho e formato e
se o SOD reagir com o oxigênio e impedir sua entrada na célula, isso seria
ameaçador a vida. As células também possuem enzimas essenciais que se
especializam na ligação ao oxigênio. Fascinantemente, as enzimas que juntam o
oxigênio e aquelas que restringem o superóxido são similares, pois eles usam o
mesmo tipo de metais de átomos para atrair e juntar o oxigênio. Assim, parece
que, muito cedo na evolução da vida, duas enzimas complexas com propriedades
muito similares, mas distintas de ligação teria que aparecer simultaneamente
para permitir que a célula consumisse o oxigênio enquanto que ao mesmo tempo
protegeria as células dos efeitos tóxicos do oxigênio.
Muitos cenários da origem da vida inicialmente excluem o oxigênio por
causa de sua reatividade e toxicidade. No entanto, o oxigênio atmosférico
desempenha um papel importante filtrando muito dos raios de luz ultra violeta
nocivos do sol (UV). A atmosfera dos dias presentes, que contém oxigênio,
alguns raios UV alcançam a terra e são nocivos aos seres vivos. Luz UV altera o
DNA nas células, causando finalmente mutações, câncer ou a morte da célula. De
fato, é muito provável que danos no DNA ocorre em nossas células todas as vezes
que nós somos expostos a luz do sol. É estimado que em animais de sangue
quente, ocorrem mais de dez mil alterações no DNA de cada célula todos os dias.
No entanto, nós raramente notamos os danos porque as nossas células possuem
mecanismos elaborados de reparos de DNA, que podem reparar os danos causados
pela luz UV e outros agentes. Nos seres humanos, mais cem genes estão
envolvidos no reparo do DNA. De fato, todos os organismos, incluindo as
bactérias, possuem mecanismos complexos de reparo para reparar o DNA
danificados pela luz. Muitos organismos possuem até quatro tipos diferentes de
mecanismos reparadores de DNA. Na bactéria existe um mecanismo de reparo de
apoio chamado SOS, que é ativados e a célula é sobrecarregada com DNA
danificado. Os mecanismos de reparo são complexos e envolvem muitas partes para
completar essa tarefa. Vamos considerar como o reparador dos danos da luz UV é
completado.
O DNA é uma fibra de cadeia dupla como molécula. A luz UV tipicamente
causa o esticamento da fita dupla, de forma anormal, em um local. Os mecanismos
de reparo reconhecem o local anormal pegajoso, corta fora e sintetiza de novo o
que foi perdido. Isso requer, no mínimo, uma enzima para reconhecer o local
pegajoso, uma enzima para cortar e uma enzima para sintetizar de novo e colar.
Em alguns organismos, uma simples enzima pode reparar os danos da luz UV, mas
essa simples enzima, chamada photolyase, requer a assistência de duas moléculas
cofator complexas e surpreendentemente devem ser expostas a certos cumprimentos
de ondas de luz para funcionar. Nós não somente encontramos mecanismos
elaborados de reparo nas células, mas em plantas, algas e algumas bactérias,
existem sistemas muito complexos que interagem intencionalmente e muito
especificamente com luz. Esse sistema de fotossíntese supre o carbono e o oxigênio
para a maior parte de todas as coisas vivas na terra.
Um tipo de bactéria fotossintética chamada cyanobactéria, no oceano
seria responsável por mobilizar cerca de 50 por cento do carbono para as coisas
vivas na terra. Curiosamente, a maquinaria fotossintética dessas bactérias
podem sofrer queimaduras do sol; algumas proteínas são tão queimadas que elas
param de funcionar. No entanto, pesquisadores descobriram um vírus no oceano
que infecta essa bactéria e repara o defeito. A existência de mecanismos de reparo
tão elegantes e essenciais que combate os efeitos tóxicos da luz e oxigênio,
destacam o fato que os mecanismos de reparo teriam que estar cedo na terra na
evolução da vida. Somando a isso, porque a fotossíntese produz o oxigênio, as
células teriam que possuir mecanismos de proteção do oxigênio antes do advento
da fotossíntese.
A célula não somente deve possuir mecanismos de reparo e proteção para
prevenir os danos do oxigênio e da luz, a célula deve também estar projetada
para encarregar-se dos efeitos prejudiciais da água. A molécula de água possui
muitas características únicas e fascinantes de suporte a vida. Ainda, a água é
uma força tremendamente destrutiva em um nível celular e molecular. A água é
destrutiva porque pode quebrar as moléculas por um processo chamado hydrolysis.
Durante a hydrolysis, a molécula de água força o caminho nos espaços entre os
átomos dentro das células, quebrando ou impedindo a formação de uma estrutura
molecular maior como as proteínas. De fato, a síntese das proteínas das células
requer a remoção da água, a reação desidratação. Como essa reação desidratação
ocorre no ambiente baseado em água da célula? O interior de uma célula é
espesso, com moléculas, proteínas e enzimas que auxiliam a fabricar uma
proteína. Pesquisadores da origem da vida não postularam um meio ambiente
similar com pouca água e um mecanismo para remover água ou suprir as enzimas
catalisadoras durante a síntese da proteína em diluir o ambiente úmido na terra
primitiva. De fato, esse problema os levou a concluir que proteínas e outros
polímeros maiores (moléculas do tipo cadeia) foram construídos em ambientes
secos como argila ou areia.
A água também destrói as células induzindo um inchaço incontrolável.
Isso pode ser facilmente observado em células vermelhas de sangue colocadas na
água: a célula incha, quebra e abre rapidamente. As células estouram porque a
água se move livremente dentro das células pela difusão, um processo por meio
do qual a água procura os lugares com menos teor de água. Como notamos, dentro
da célula típica, é baixo o teor de água comparado com os seus arredores.
Assim, todas as células na terra encontram uma batalha contínua contra o
influxo de água.
A célula possui vários mecanismos para se encarregar do influxo de água
contínuo. Células de bactérias e de plantas, por exemplo, estruturas de paredes
celulares rígidas que resistem ao inchaço e a ruptura da célula. Essas
estruturas de parede celular podem ser totalmente elaboradas e no caso da
bactéria, envolve uma intricada feita como uma colcha, uma estrutura feita de
correntes de proteína e açúcar. As células dos animais não possuem paredes
celulares rígidas, mas ao invés, bombeia constantemente o sódio para fora
da célula para conter o movimento de água dentro da célula. A bomba é uma
estrutura de proteína fascinante chamada bomba de sódio-potássio. A bomba envia
trêsíonsde sódio em troca por doisíonsde potássio. A membrana da célula contém
milhares dessas bombas que trabalham constantemente para manter o volume da
célula contra a força arrasadora iminente da água, utilizando-se de um terço da
energia encontrada nas células vivas. No entanto, a bomba é projetada para
funcionar em ambiente que contém sódio e potássio certas concentrações
definidas, por exemplo, no corpo humano. Pegue uma dessas células fora desse
ambiente úmido e salgado e ponha em um ambiente de água pura e a bomba não será
capaz de prevenir a célula de estourar. Como pode, então, organismos
unicelulares que vivem em ambientes de água doce sobreviver?
Organismos unicelulares de lagoas como o paramecium utilizam uma grande estrutura como uma bolsa chamada
de vacúolo contrátil que coleta e dispensa continuamente o excesso de água. A água
se move dentro do vacúolo porque o paramecium
bombeia o sal ativamente dentro do vacúolo, utilizando proteínas similares ao do
bombeamento do sodium-potassium. Assim, parece que a paramecia e outros
organismos unicelulares de lago resistem de inchar e estourar por possuir
bombas de proteínas e vacúolos contráteis.
Alguém poderia argumentar que dando tempo suficiente, esses mecanismos de proteção poderiam evoluir, mas a evolução simultânea de vários mecanismos de proteção elaborados e complexos que são requeridas para proteger as células principais das necessidades básicas da vida (a saber, água, oxigênio e luz), certamente complicam o problema da origem da vida. Em outra mão, como essa observação se coaduna com as teorias da criação/design? A exigência da vida para a existência de vários mecanismos de proteção simultâneos e complexos certamente é consistente com a criação ou design na natureza que foi premeditado e construído dentro de um pequeno período de tempo. No entanto, alguém poderia perguntar porque um criador/designer usaria agentes tóxicos? A toxicidade poderia ser considerado um subproduto da reatividade química. Reatividade é requerida em um mundo onde as coisas foram projetadas para se mover e interagir. Somando a isso, até mesmo o mais benigno agente pode ser tóxico sob certas condições. Nós sabemos isso de nossa própria experiência diária. Por exemplo, muitos tipos de comidas benéficas e necessárias podem ser prejudiciais se ingeridas em quantidade excessiva. Nós também sabemos que essa toxicidade química destrutiva provê tremendos benefícios se eles são usados dentro de certos parâmetros. Por exemplo, gasolina em um motor é maravilhoso e uma tremenda tecnologia que melhora a vida; no entanto, colocada no local errado do motor, pode levar a desastre e destruição.
Concluindo, água, oxigênio e luz, três das necessidades mais básicas da vida podem ser extremamente tóxicas nas coisas vivas. Mas, os organismos vivos possuem mecanismos complexos de proteção, construídos dentro de cada célula viva, que parece ter protegido a vida desde quando ela surgiu na terra.
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Fonte:
FRANCIS, Joe W.Oxygen,
Water, and Light, Oh My! The Toxicity of Life’s Basic Necessities. EmDEMBSKI, William A; LICONA, Michael R
(Ed.). Evidence for God: 50 Arguments for Faith from the Bible,
History, Philosophy and Science. Grand Rapids, MI: Baker Books, 2010.
Tradução
Walson Sales
“Traduzindo trechos de livros que considero importantes
para despertar o interesse das editoras brasileiras” Examinai Tudo. Retende o
Bem.
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*Joe W. Francisé professor de
biologia no Master College onde ele ensina e supervisiona um programa de
pesquisas em microbiologia, biologia dos invertebrados e imunologia celular
para estudantes. Ele também serve como professor adjunto na Universidade
Liberty em um programa de ensino a distância. Ele também desenvolveu e ensinou
vários cursos online em ciências biológicas. Dr. Francis publicou numerosos
artigos na área de imunologia celular e micobiologia teórica. Ele é membro da
Associação Americana para o Avanço da Ciência e editor da Occasional Papers of
the BSG. Ele também é membro do conselho da BSG (A Creation Biology Study Group
– Grupo de Estudo da Biologia da Criação).
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Publicado anteriormente em:
http://www.cacp.org.br/oxigenio-agua-e-luz-oh-meu-deus/
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