PAUL DAVIES

O quinto milagre

Em busca da origem da vida

Tradução

Rosaura Eichenberg

Companhia Das Letras

Copyright © 1998 by Orion Productions

Título original

The fifth miracle: the search for the origin of life

Capa

Silvia Ribeiro

Foto da capa

Tony Stone, Getty Images

Índice remissivo

Maria Cláudia Carvalho Mattos

Revisão técnica

Alexandre da Costa Pereira

Preparação

Otacílio Fernando Nunes Jr.

Revisão

Carmen S. da Costa

Beatriz de Freitas Moreira

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)

(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

Davies, Paul

O quinto milagre: em busca da origem da vida/Paul Davies; tradução Rosaura Eichenberg. — São Paulo: Companhia das Letras, 2000.

Título original: The fifth miracle,

ISBN 85-7164-993-6

1. Origem da vida 2. Vida I. Título.

00-1205        CDD-576.83

Índices para catálogo sistemático:

1. Origem da vida : Biologia 576.83

2. Vida : Origem : Biologia 576.83

[2000]

Todos os direitos desta edição reservados à

EDITORA SCHWARCZ LTDA.

Rua Bandeira Paulista 702 cj. 32

04532-002 — São Paulo — SP

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Em memória de Keith Runcorn

Sumário

Prefácio

1. O significado da vida

A origem misteriosa da vida

O que é a vida?

A força vital e outras noções desacreditadas

A história da antiga molécula

Os micróbios e a busca do Éden

2. Contra a maré

O princípio da degeneração

De onde vem a informação biológica?

A brecha da entropia: a gravidade como manancial de ordem

3. Emergindo do lodo

A árvore da vida

Os três domínios da vida

Os fósseis petrificados mais antigos

A geração espontânea

Recriando a sopa primordial

O acaso e a origem da vida

4. A mensagem na máquina

Replicar, replicar!

Ganhando a vida

O código genético

Entendendo a mensagem

Um código dentro do código?

5. O paradoxo do ovo e da galinha

O RNA primeiro

O RNA por último

Auto-organização: alguma coisa por nada?

6. A conexão cósmica

A poeira das estrelas nos seus olhos

Química cósmica

A gênese vinda do espaço

Impacto

O efeito Sísifo

7. Os supermicróbios

Quanto mais quente melhor

A vida no mundo subterrâneo

Ascendendo do Hades

Que comam rocha

O resto é história

8. Marte: vermelho e morto?

Um péssimo lugar para passar as férias

Dilúvio

A estufa marciana

Houve vida em Marte?

Ainda há vida em Marte?

Meteoritos de Marte

Vestígios de vida?

Uma praga mortal do planeta vermelho!

9. Panspermia

Sobrevivência no espaço

A vida veio para a Terra num meteorito?

A vida terrestre veio de Marte?

A vida terrestre migrou para Marte?

10. Um universo favorável à vida?

A vida realmente teve um começo?

As leis da natureza estão armadas a favor da vida?

É darwinismo ao longo de todo o processo?

Uma escada de progresso?

A mente é predestinada?

Notas

Prefácio

Em agosto de 1996, o mundo ficou eletrizado com a notícia de que um antigo meteorito talvez contivesse evidência de vida em Marte. O próprio presidente Clinton transmitiu a história ao público e a uma surpresa comunidade científica. As graves implicações da descoberta, se confirmada, foram expressas com os superlativos apropriados. Esse acontecimento memorável marcou uma das poucas ocasiões em que um resultado científico teve impacto direto sobre o público. Entretanto, os aplausos e os gracejos encobriram o verdadeiro significado das descobertas.

Há vários anos, cientistas vêm repensando dramaticamente as suas ideias sobre a origem da vida. Os livros didáticos afirmam que a vida começou em algum lago tépido sobre a superfície da Terra há bilhões de anos. No entanto, as evidências apontam cada vez mais para um roteiro muito diferente. Agora parece que os primeiros organismos terrestres viviam bem embaixo da terra, enterrados dentro de rochas geotermicamente aquecidas em condições de panela de pressão. Só mais tarde é que migraram para a superfície.

Espantosamente, os descendentes desses micróbios primordiais ainda se encontram ali, quilômetros abaixo de nossos pés.

Até poucos anos atrás, ninguém suspeitava que poderia haver vida num ambiente tão inóspito, mas, uma vez aceito que organismos podem florescer embaixo da superfície da Terra, apresentou- se uma possibilidade ainda mais exótica. Os micróbios não poderiam estar escondidos também nas rochas embaixo da superfície de Marte? A descoberta de uma rocha marciana contendo possíveis bactérias fossilizadas foi uma ajuda importante para essa teoria. Mas não foi só isso. Os cientistas não demoraram a descobrir uma consequência fascinante. Talvez a vida tivesse realmente começado em Marte e depois migrado para a Terra num meteorito.

A excitação febril a respeito do meteorito marciano ocultou profundas divisões entre os especialistas sobre a interpretação da evidência. Se confirmada, poderia significar que a vida começou duas vezes no sistema solar ou, Alternativamente, que se espalhou de planeta a planeta. Por mais emocionante que fosse descobrir que os organismos podem pular de um planeta para outro, se esta explicação estivesse correta a origem primária da vida ainda continuaria a ser um enigma sem solução.

Como foi exatamente que a vida começou? Que processos físicos e químicos podem transformar matéria inanimada num organismo vivo? Esse problema muito mais difícil continua a ser um dos grandes desafios científicos de nossa era. No presente, está sendo enfrentado por uma legião de químicos, biólogos, astrônomos, físicos e matemáticos. Com base em suas pesquisas, muitos concluem fervorosamente que as leis da natureza, para falar sem rodeios, estão armadas a favor da vida. Esperam que a vida se forme sempre que as condições permitam — não apenas em Marte, mas por todo o universo; e, de maneira mais provocativa, num tubo de ensaio. Se estiverem certos, isso significará que a vida faz parte da ordem natural das coisas, e que não estamos sozinhos.

A crença de que a vida está inscrita nas leis da natureza contém um eco tênue de uma era religiosa passada, de um universo destinado a ser habitado por criaturas vivas. Muitos cientistas menosprezam essas noções, insistindo que a origem da vida foi um acidente inesperado da química, só existente na Terra, que o surgimento subsequente de organismos complexos, inclusive de seres conscientes, é igualmente apenas o resultado casual de uma gigantesca loteria cósmica. Nesse debate está em jogo o próprio lugar da humanidade no cosmos — quem nós somos e onde nos encaixamos na grandiosa estrutura.

Os astrônomos acham que o universo começou numa grande explosão [Big Bang] entre 10 e 20 bilhões de anos atrás. O seu nascimento explosivo foi acompanhado por um lampejo de calor intenso. Durante a primeira fração de segundo, apareceram as forças físicas básicas e as partículas fundamentais da matéria. Ao final do primeiro segundo, os materiais essenciais do cosmos já tinham se formado. O espaço estava por toda parte preenchido com uma sopa de partículas subatômicas — prótons, nêutrons e elétrons — banhadas em radiação a uma temperatura de 10 bilhões de graus.

Pelos padrões atuais, o universo naquela época era espantosamente indistinto. O material cósmico foi espalhado pelo espaço com uma uniformidade quase perfeita. A temperatura era a mesma em qualquer lugar. A matéria, reduzida a seus elementos básicos pelo calor intenso, estava num estado de extraordinária simplicidade. A partir desse estado pouco promissor, um observador hipotético não teria suspeitado que o universo estivesse munido de espantosas potencialidades. Nenhum indício revelava que, vários bilhões de anos mais tarde, trilhões de estrelas resplandecentes se organizariam em bilhões de galáxias espirais, que surgiriam planetas e cristais, nuvens e oceanos, montanhas e geleiras, que árvores, bactérias, elefantes e peixes habitariam um desses planetas, e que esse mundo ecoaria o som da risada humana. Nada disso poderia ser previsto.

À medida que se expandiu a partir de seu estado uniforme primevo, o universo se esfriou. E com temperaturas mais baixas surgiram mais possibilidades. A matéria foi capaz de se agregar em imensas estruturas amorfas — as sementes das galáxias atuais. Os átomos começaram a se formar, preparando o caminho para a química e a formação dos objetos físicos sólidos.

Muitos fenômenos maravilhosos surgiram no universo desde aquela época: buracos negros monstruosos, pesando o equivalente a 1 bilhão de sóis, que devoram as estrelas e cospem jatos de gás; estrelas de nêutrons girando mil vezes por segundo, tendo o seu material concentrado em 1 bilhão de toneladas métricas por centímetro cúbico; partículas subatômicas tão esquivas que poderiam penetrar anos-luz de chumbo sólido; ondas gravitacionais fantasmagóricas cuja passagem fugaz não deixa nenhuma marca. Todavia, por mais surpreendente que seja tudo isso, o fenômeno da vida é mais extraordinário que todos esses outros reunidos. A vida não provocou nenhuma alteração repentina e dramática na cena cósmica. Na verdade, se pudermos nos guiar pela vida na Terra, a mudança provocada tem sido extremamente gradual. Ainda assim, uma vez iniciada a vida, o universo nunca mais foi o mesmo. Lenta, mas seguramente, ela transformou o planeta Terra. E ao abrir caminho para a consciência, a inteligência e a tecnologia, ela tem o potencial de mudar o universo.

Este livro é sobre a origem da vida, isto é, a biogênese. Antes de mais nada, devo afirmar que o tema não pertence à minha área profissional. A minha formação foi em física teórica. Ainda assim, sempre fui fascinado pelo problema da biogênese e pela questão correlata de saber se estamos ou não sozinhos no universo. Posso remontar o meu interesse por esses assuntos a meus tempos de estudante de física na Universidade de Londres, na década de 1960. Como muitos de meus amigos, li o famoso romance de ficção científica de Fred Hoyle, The black cloud, sobre a chegada ao sistema solar de uma grande nuvem de gás vinda do espaço interstelar.1 Essas nuvens são bem conhecidas dos astrônomos, mas a ideia intrigante de Hoyle era supor que poderiam ser vivas. Isso constituía um enigma. Como pode uma nuvem ser viva? Pensei muito sobre a questão. Sem dúvida, as nuvens de gás apenas obedecem às leis da física. Como poderiam exibir comportamento autônomo, ter pensamentos, tomar decisões? Mas foi então que me ocorreu que todos os organismos vivos supostamente obedecem às leis da física. O brilho de Hoyle estava em usar o exemplo de uma nuvem para expressar esse paradoxo com bastante força.

The black cloud me deixou desconcertado e vagamente perturbado. Eu me perguntava, o que é exatamente a vida? E como foi que ela teve início? Haveria alguma coisa estranha se passando dentro dos organismos vivos? Por essa época, o meu supervisor de doutorado me deu (como um exercício para me distrair um pouco) um estudo curioso escrito por Eugene Wigner, físico altamente respeitado. O estudo pretendia provar que um sistema físico não podia realizar a transição de um estado não vivo para um estado vivo sem violar as leis da física quântica.2 Ah-ha! Então Wigner, pelo menos, achava que algo estranho devia ter ocorrido quando a vida teve início.

Pouco tempo depois, meu supervisor me passou outro estudo relacionado com a biologia, escrito pelo astrofísico Brandon Cárter. Tratava de um problema importante e interessante relativo à vida, mas era desses problemas que contornam a necessidade de se preocupar com o que a vida realmente é ou de que modo começou. Cárter propunha a seguinte questão: que propriedades o universo físico deve ter para que exista alguma forma de vida? Vamos supor que por um passe de mágica fosse possível mudar as leis da natureza ou as condições iniciais do Big Bang. Até que ponto seria possível alterar as leis básicas ou a estrutura do universo, e ainda assim permitir a vida? Para tomar um exemplo simples, a vida como a conhecemos exige certos elementos químicos, especialmente o carbono. Mas poucos átomos de carbono foram criados no Big Bang; a maioria foi fabricada dentro das estrelas. Fred Hoyle já tinha observado que a produção bem-sucedida de carbono nas estrelas é realmente um acontecimento incerto. Depende delicadamente das propriedades das forças nucleares. Com uma pequena mexida nas leis básicas da física nuclear, o universo passaria a ter pouco ou nenhum carbono, e provavelmente não teria vida. As ideias de Cárter se tornaram conhecidas como “o princípio antró- pico” e sugeriam, audaciosamente, que a própria existência da vida é um lance de dados, a consequência de algumas coincidências felizes na estrutura matemática subjacente ao universo.

Por mais intelectualmente provocador que fosse o trabalho de Cárter, ainda deixava inexplicado o segredo da vida. Pouco depois de tê-lo lido, consegui um trabalho de pesquisa no Instituto de Astronomia Teórica em Cambridge, onde Fred Floyle era o diretor e Brandon Cárter, pesquisador. Durante essa época, encontrei por acaso um livrinho do físico Erwin Schrödinger que parecia tratar do meu problema. Com o título de What is life? propunha-se a explicar por que os organismos biológicos parecem tão misteriosos do ponto de vista da física.3 Descobri mais tarde que esse livro exercera imensa influência vinte anos antes, nos primeiros tempos da biologia molecular.

Infelizmente, o livro de Schrödinger me propunha mais perguntas do que respostas, e enviei o problema da biogênese à minha cesta mental de “questões demasiado difíceis”. Entretanto, Cárter me deu uma cópia revisada de seu estudo sobre o princípio antró- pico (que ele nunca publicou),4 e junto com Bill Saslaw, outro pesquisador no Instituto, examinei superficialmente as ideias de Cárter. Até tentamos conseguir um encontro com Francis Crick, que naquele tempo trabalhava no Medicai Research Council Laboratory de Cambridge. Mas Crick estava ocupado demais, e Cárter parecia ter esgotado o tema do princípio antrópico, por isso o meu interesse pelas questões biológicas começou a diminuir.

Foi reavivado muitos anos mais tarde, no começo da década de 1980. Martin Rees (agora sir Martin Rees, o Astrônomo Real) ajudou a organizar uma conferência em Cambridge chamada “Da matéria para a vida”. Junto com seu colega astrônomo Bernard Carr, Rees tinha revitalizado o tema do princípio antrópico num ensaio famoso^5 publicado na revista Nature em 1979. A conferência reuniu físicos e astrônomos como Brandon Cárter, Freeman Dyson e Tommy Gold, biólogos como Lewis Wolpert e Sidney Brenner, o matemático John Conway, e os maiores especialistas em biogênese, Manfred Eigen e Graham Cairns-Smith. A agenda focalizava a questão de como a vida teve início, e embora não tivesse resultado em conclusões firmes, o encontro serviu para apontar os principais problemas científicos e conceituais. Comecei a pensar de novo sobre o mistério da vida. Na década seguinte, eu me vi novamente influenciado pelas ideias de Hoyle, e também pelas de Dyson e Gold. Com o colaborador Chandra Wickramasinghe, Hoyle sugeria ousadamente que talvez a vida não tivesse se originado na Terra, mas tivesse sido trazida por cometas. Dyson também especulou sobre a origem da vida, deixando a imaginação correr solta sobre o destino futuro e final das civilizações tecnológicas. Gold tinha a teoria de que existiam grandes quantidades de hidro- carbonetos presas embaixo do solo, e quando se fez uma pesquisa para testar a sua hipótese, novas formas de vida subterrânea foram descobertas. Todos esses desenvolvimentos ajudaram a formar o meu pensamento sobre o assunto.

Outra pessoa que influenciou muito o meu interesse pela bio- gênese foi o falecido Keith Runcorn, meu ex-colega na Universidade de Newcastle upon Tyne. Runcorn era um geofísico cujos interesses se estendiam bem além da Terra, avançando pelo sistema solar. Embora a geofísica estivesse longe da minha área de especialização, eu frequentemente participava dos seminários e conferências de Keith. A 50a reunião da Sociedade Meteorítica, realizada em Newcastle em 1987, foi especialmente memorável, pois foi então que tomei conhecimento dos meteoritos marcianos.

Encontrei a peça final do quebra-cabeça no início da década de 1990, quando já tinha me mudado para a Austrália a fim de trabalhar na Universidade de Adelaide. Ali me interessei pelo trabalho de Duncan Steel, um especialista em impactos de asteroides e cometas com os planetas. Foi Steel quem me apontou o fato de que as colisões cósmicas podiam ejetar material dos planetas, uma ideia que estabeleceu os fundamentos para a minha teoria sobre o deslocamento de micro-organismos entre Marte e a Terra.

Quando comecei a escrever este livro, tinha a convicção de que a ciência estava prestes a desvendar o mistério da origem da vida. A evidência dramática de que micróbios vivem nas profundezas da terra prometia fornecer o “elo perdido” entre o mundo prebiótico das sopas bioquímicas e as primeiras células primitivas. E é verdade que muitos cientistas que trabalham nessa área estão convictos de que os principais problemas da biogênese já foram na maior parte resolvidos. Vários livros recentes transmitem a mensagem confiante de que a origem da vida não é afinal assim tão misteriosa.6 Entretanto, acho que estão errados. Depois de ter passado um ou dois anos pesquisando a área, sou de opinião que ainda existe um imenso abismo na nossa compreensão. Sem dúvida, temos uma boa ideia de onde e quando começou a vida, mas ainda estamos muito longe de compreender como.

Esse abismo na compreensão não é simplesmente ignorância de certos detalhes técnicos, mas uma lacuna conceituai da maior importância. Não estou sugerindo que a origem da vida seja um acontecimento sobrenatural, apenas que estamos deixando de perceber algo muito fundamental em toda essa história. Se for verdade, como sugerem muitos especialistas e comentadores, que a vida está fadada a surgir se houver as condições adequadas, então algo verdadeiramente surpreendente está acontecendo no universo, algo com profundas ramificações filosóficas. A minha crença pessoal, seja qual for o seu valor, é que uma teoria plenamente satisfatória da origem da vida requer algumas ideias radicalmente novas.

Muitos investigadores se sentem constrangidos em afirmar em público que a origem da vida é um mistério, ainda que a portas fechadas admitam abertamente que não têm respostas. Parece haver duas razões para o seu constrangimento. Em primeiro lugar, sentem que a afirmação abre a porta para os fundamentalistas religiosos e suas pseudo explicações “deus-das-lacunas”.7 Em segundo lugar, receiam que uma admissão franca de ignorância possa solapar o financiamento das pesquisas, especialmente a da busca de vida no espaço. Parece prevalecer a opinião de que os governos tendem a gastar mais dinheiro na busca de vida extraterrestre se os cientistas já tiverem a convicção de que ela existe.

Na minha opinião, essa atitude é inteiramente equivocada. Os cientistas não honram as suas disciplinas fazendo declarações exageradas apenas para consumo público. Ainda mais importante, a ignorância cria uma motivação maior para tentar o experimento do que a certeza. É importante procurar a vida em outros mundos e tentar sintetizá-la no laboratório, precisamente porque não sabemos como é que ela passou a existir. Se estou certo quando digo que a biogênese sugere algo profundamente novo e surpreendente, então a investigação de outros mundos pode nos capacitar a captar essa notável transição no ato. Os astrônomos consideram que os planetas exteriores, como Saturno, Júpiter e suas luas são gigantescos laboratórios prebióticos, onde os passos que conduziram à vida na Terra ficaram congelados no tempo, suspensos a meio caminho entre a esfera da química complexa e a esfera da verdadeira biologia.

No caso de Marte, parece provável que a linha entre a não-vida e a vida tenha sido cruzada e que, em algum estágio do passado, a vida tenha florescido no planeta vermelho. Na verdade, por razões que vou explicar neste livro, acredito que a vida passada em Marte foi uma certeza virtual. Acho igualmente que há uma boa chance de ainda encontrarmos vida por lá, se soubermos onde procurá-la.

Solucionar o mistério da biogênese não é apenas mais um problema numa longa lista de projetos científicos que devem ser realizados. Como a origem do universo e a origem da consciência, representa algo muito mais profundo, porque testa as próprias fundações de nossa ciência e de nossa visão de mundo. Uma descoberta que promete mudar os próprios princípios que fundamentam a nossa compreensão do mundo físico merece ser tratada como uma prioridade urgente. O mistério da origem da vida tem intrigado filósofos, teólogos e cientistas há mais de dois milênios e meio. Durante a próxima década, temos uma oportunidade de ouro de realizar alguns progressos importantes nessa área. O fato de os cientistas estarem no momento perplexos torna essa oportunidade ainda mais emocionante e imperiosa.

Na minha opinião, o problema da biogênese não será resolvido sem que antes adquiramos uma profunda compreensão da natureza da vida. O que é exatamente a vida? A vida tem propriedades tão extraordinárias que se habilita à descrição de um estado alternativo da matéria. Começo o livro procurando uma definição da vida—um problema notoriamente difícil. A maioria dos livros didáticos focaliza a química da vida: que moléculas fazem o quê dentro da célula. É claro que a vida é um fenômeno químico, mas o seu caráter distintivo não reside na química em si. O segredo da vida provém de suas propriedades de informação; um organismo vivo é um complexo sistema de processamento de informações.

A complexidade e a informação fazem parte do assunto da termodinâmica, um ramo da ciência que liga a física, a química e a computação. Há décadas existe a suspeita de que a vida é tão surpreendente que deve dar um jeito de burlar as leis da termodinâmica. Em particular, a segunda lei da termodinâmica, defensavelmente a mais fundamental de todas as leis da natureza, descreve uma tendência de decadência e degeneração que a vida claramente neutraliza. Dediquei o capítulo 2 a uma extensa discussão da segunda lei da termodinâmica, pois ela fornece o contexto para aquilo que considero o problema básico da biogênese, isto é, de onde vieram as informações biológicas. Por mais extraordinária que possa ter sido a química que ocorreu na Terra primeva ou em algum outro planeta, a centelha da vida não foi produzida por um turbilhão molecular, mas — de algum modo! — pela organização da informação. Esse é um tema que desenvolvo mais detalhadamente nos capítulos 3,4 e 5, nos quais descrevo as várias teorias concorrentes das sopas primordiais e outros roteiros para transformar a química em vida, além de algumas tentativas de criar vida no laboratório. Apresento também um breve exame da evidência fóssil das primeiras formas de vida. Algumas das partes introdutórias sobre o darwinismo e a biologia molecular básica talvez sejam familiares ao leitor, que poderá pular esses trechos. Entretanto, tentei apresentar as ideias ortodoxas de um novo ângulo.

Se for correta a minha hipótese de que a chave para a biogênese não reside na química, mas na formação de uma arquitetura lógica e informacional específica, então o passo crucial implicou a criação de um sistema de processamento de informações, que emprega controle de software. No capítulo 4, argumento que esse passo esteve intimamente relacionado com o aparecimento do código genético. Utilizando alguns dos termos e conceitos da computação para examinar o problema, esforcei-me para esclarecer a forma extremamente nova de complexidade que é encontrada nos genes dos organismos vivos. A peculiaridade da complexidade biológica faz o genoma parecer um objeto quase impossível — ainda assim, ele se formou de algum modo. Cheguei à conclusão de que nenhuma lei conhecida da natureza poderia produzir essa estrutura a partir de elementos químicos incoerentes com a inevitabilidade assegurada por alguns cientistas. Se a vida se forma com facilidade, e é comum por todo o universo, então novos princípios físicos devem estar em ação. Esse é um tema que examino no capítulo final, no qual tentei mostrar as imensas ramificações filosóficas resultantes, se o universo tiver abundância de vida — como muitas pessoas parecem acreditar. Embora não tenha dúvida de que a origem da vida não foi realmente um milagre, acredito que vivemos num universo favorável à vida, dotado de um caráter ator- doantemente engenhoso.

A maior parte da segunda metade do livro é dedicada a uma nova e radical teoria sobre a origem da vida. Desde os tempos de Darwin, há apenas duas teorias abrangentes sobre a biogênese. A primeira é que a vida começou pela auto-agregação de elementos químicos num meio aquoso em algum lugar sobre a superfície da Terra — o próprio Darwin escreveu sobre um “pequeno lago tépido”. A outra é que a vida veio do espaço para a Terra sob a forma de micróbios já viáveis — a assim chamada hipótese da panspermia. Nesse último roteiro, a origem primária da vida continua a ser um mistério. Nos últimos anos, entretanto, as evidências me têm suge- rido cada vez mais uma terceira alternativa: que a vida começou dentro da Terra. Não na parte mais interna do globo, mas vários quilômetros abaixo da crosta sólida, provavelmente abaixo do fundo do mar, onde a atividade geotérmica cria condições de caldeirão. O calor extremo e a potência química da zona do subsolo, especialmente perto das chaminés vulcânicas, matariam instantaneamente a maioria dos organismos conhecidos. Entretanto, esse ambiente era ideal para a biogênese, e os cientistas descobriram micróbios bizarros vivendo ainda hoje nesses locais escaldantes, a temperaturas bem acima do ponto de ebulição da água. Esses supermicróbios são descritos no capítulo 7, no qual argumento que eles são fósseis vivos que restaram da aurora da vida.

Por razões explicadas no capítulo 8, acredito que supermicróbios muito semelhantes viveram outrora embaixo da superfície de Marte, e é bem possível que ainda existam nesse planeta hoje em dia, muito abaixo do solo. Além disso, estou convencido de que micro-organismos viajaram entre a Terra e Marte dentro de rochas lançadas desses planetas pelos impactos de meteoritos gigantes. Uma grande parte do capítulo 8 é dedicada à questão polêmica dos meteoritos marcianos, especialmente o famoso ALH84001, que os cientistas da NASA afirmaram conter micróbios marcianos fósseis. A quase certeza da contaminação planetária mútua, que parece ter sido negligenciada pela maioria dos cientistas e comentadores envolvidos no recente debate sobre a vida em Marte, torna problemática a origem primária da vida. Ela começou na Terra, em Marte ou em ambos independentemente? Ou em algum outro lugar inteiramente diferente? Discuto a importância da astronomia para a biogênese no capítulo 6, e resenho as evidências para as ressuscitadas teorias da panspermia no capítulo 9.

Ao preparar este livro, tirei grande proveito de algumas discussões pormenorizadas com muitos colegas ilustres. Já mencionei alguns deles. Agradecimentos especiais são devidos a Susan Barns, Robert Hannaford, John Parkes, Steven Rose, Mike Russell, Duncan Steel e Malcolm Walter, que generosamente leram e comentaram as primeiras versões do manuscrito. Outras pessoas que me deram uma assistência valiosa durante a fase de redação foram Diane Addie, David Blair, Julian Brown, Roger Buick, Julian Chela - Flores, George Coyne, Helena Cronin, Robert Crotty, Susan Davies, Reza Ghadiri, Monica Grady, Gerry Joyce, Stuart Kauffman, Bernd-Olaf Kiippers, Clifford Matthews, Chris McKay, Jay Melosh, Curt Mileikowsky, Martin Redfern, Martin Rees, Everett Shock, Lee Smolin, Roger Summons, Ruediger Vaas, Frances Westall e Ian Wright. Sou também grato a Fran O’Connor pela preparação do índice.

Finalmente, gostaria de acrescentar algumas palavras sobre o título do livro. É tirado do relato bíblico no livro do Gênesis, que descreve como Deus criou o mundo numa série de etapas específicas. O versículo 11 afirma: “Que a terra produza a vegetação”. Essa é a primeira menção à vida e parece ser o quinto milagre. Os quatro milagres anteriores são a criação do universo, a criação da luz, a criação do firmamento e a criação da terra seca. Estudiosos da Bíblia me dizem que essa enumeração é uma leitura errônea do Gênesis, porque a frase de abertura, “No princípio, Deus criou o céu e a terra”, não é realmente a descrição de um ato milagroso, mas uma declaração da agenda geral que é detalhada em itens nos versículos subsequentes. Ainda assim, decidi manter o quinto milagre. Ao empregar este título, não estou sugerindo que a origem da vida seja realmente um milagre. Remeto os leitores interessados nos aspectos teológicos desse tópico aos meus livros anteriores The mind of God e Are we alone?

PAUL DAVIES

Adelaide, Austrália do Sul

1. O significado da vida

Imagine-se subindo a bordo de uma máquina do tempo e sendo transportado para 4 bilhões de anos atrás. O que o aguardará quando sair da máquina? Nada de morros verdes ou praias arenosas. Nem penhascos brancos ou densas florestas. O jovem planeta pouco lembra o seu aspecto tranquilo atual. Na verdade, o nome “Terra” parece uma denominação imprópria. “Oceano” seria mais adequado, pois todo o mundo está quase completamente submerso debaixo de uma profunda camada de água quente. Nenhum continente divide os mares escaldantes. Aqui e ali o pico de um imponente vulcão se lança acima da superfície da água e expele imensas nuvens de gás nocivo. A atmosfera é esmagadoramente densa e completamente irrespirável. Quando livre de nuvens, o céu é iluminado por um sol tão mortal quanto um reator nuclear, banhando o planeta com raios ultravioleta. À noite, meteoros brilhantes cintilam pelos céus. De vez em quando, um grande meteorito penetra na atmosfera e mergulha no oceano, levantando ondas gigantescas, com quilômetros de altura, que estrondeiam ao redor do globo.

O leito do mar, no fundo do oceano global, é diferente das rochas que conhecemos hoje. Existe uma fornalha de Hades logo abaixo, ainda esbraseada pelo calor primevo. Em alguns lugares a crosta fina se rompe, produzindo imensas fendas por onde a lava derretida se lança, invadindo as profundezas do oceano. A água do mar, impedida de entrar em ebulição pela enorme pressão das camadas sobrejacentes, derrama-se pelo labirinto de fumarolas, criando uma mixórdia química tumultuosa que penetra fundo na crosta inchada. E em algum lugar nessas profundezas tórridas, nos escuros recessos do fundo do mar, algo extraordinário está acontecendo, algo destinado a remodelar o planeta e por fim, talvez, o universo. A vida está nascendo.

A descrição acima é inegavelmente uma reconstrução especulativa. Não passa de um dos muitos roteiros possíveis oferecidos pelos cientistas para a origem da vida, mas parece, cada vez mais, a mais plausível. Há vinte anos, teria sido heresia sugerir que a vida sobre a Terra começou nas tórridas profundezas vulcânicas, longe do ar e da luz do sol. Entretanto, aumentam as evidências de que nossos ancestrais mais antigos não se arrastaram para fora do lodo, mas antes ascenderam do subterrâneo sulfuroso. É até possível que nós, moradores da superfície, sejamos uma aberração, uma adaptação excêntrica que somente surgiu devido às circunstâncias um tanto especiais da Terra. Se há vida em outra parte no universo, ela bem pode ser quase totalmente subterrânea, manifestando-se apenas raramente na superfície dos planetas.

Embora haja no momento um certo consenso de que as formas de vida mais primitivas da Terra foram micróbios que viviam nas suas profundezas, as opiniões continuam divididas quanto à vida realmente ter começado no fundo da crosta terrestre, ou apenas ter ali passado a residir desde bem no início. Pois, apesar do progresso espetacular nas últimas décadas da biologia molecular e da bioquímica, os cientistas ainda não sabem ao certo como foi que a vida teve início. Embora exista o esboço de uma teoria, ainda estamos longe de ter uma descrição detalhada dos processos que transformaram a matéria em vida. Até a localização exata da incubadora continua um mistério frustrante. Talvez a vida afinal não tenha se originado na Terra. Talvez tenha vindo do espaço.

O desafio enfrentado pelos cientistas que lutam para explicar a origem da vida é a necessidade de montar uma narrativa de acontecimentos que ocorreram bilhões de anos atrás, deixando pouco ou nenhum vestígio. A tarefa é assustadora. Felizmente, nos últimos anos foram feitas algumas descobertas importantes sobre a provável natureza dos organismos mais primitivos da Terra. Houve também grandes avanços nos procedimentos de laboratório e uma crescente compreensão das condições existentes no sistema solar primitivo. O interesse recentemente reavivado pela possibilidade da vida em Marte também serviu para ampliar o pensamento sobre as condições necessárias para a vida. Em conjunto, esses desenvolvimentos tiraram o tema da condição de especulação ultrapassada da ciência e o promoveram a um projeto de pesquisa de destaque.

O problema de como e onde a vida começou é um dos grandes mistérios ainda não resolvidos pela ciência. Mas é mais do que isso. A história da origem da vida tem ramificações para a filosofia e até para a religião. As respostas a perguntas profundas tais como se somos os únicos seres conscientes no universo, se a vida é o produto do acaso ou de uma lei profundamente arraigada, ou se há um significado definitivo para a nossa existência, giram em torno do que a ciência pode revelar sobre a formação da vida.

Num tema sobrecarregado com essa significação, não surpreende a falta de consenso. Alguns cientistas consideram a vida uma anomalia química bizarra, única no universo, enquanto outros insistem que ela é o produto esperado de leis naturais apropriadas. Se o edifício magnífico da vida é a consequência de uma sutileza aleatória e puramente incidental do destino, como afirmou o biólogo francês Jacques Monod, devemos seguramente concordar com o seu ateísmo sombrio, tão eloquentemente expresso nas seguintes palavras:1

A antiga aliança está em pedaços: o homem sabe por fim que está sozinho na imensidão insensível do universo, da qual surgiu apenas por puro acaso. Nem o seu destino, nem o seu dever foram prescritos.

Mas se descobrirmos que a vida surgiu mais ou menos no momento exato como parte da legalidade profunda do cosmos — se está prevista de maneira essencial no script do grande drama cósmico —, ela sugere um universo com um propósito. Em suma, a origem da vida é a chave para o significado da vida.

Nos capítulos a seguir, examinarei cuidadosamente as últimas evidências científicas numa tentativa de enfrentar essas questões filosóficas polêmicas. Até que ponto o universo é favorável à vida? A vida só existe na Terra? Como algo tão complexo quanto é até mesmo o organismo mais simples pode ser o produto de processos físicos diretos?

A ORIGEM MISTERIOSA DA VIDA

A origem da vida parece... quase um milagre, tantas são as condições que teriam de ter sido satisfeitas para fazê-la acontecer.

Francis Crick^2

Segundo os aborígines australianos de Kimberley, no Tempo da Criação de Lalai, Wallanganda, o soberano da Galáxia e criador da Terra, fez a água doce cair do espaço sobre Wunggud, a gigantesca Serpente Terra. Wunggud, cujo corpo é feito de material primevo, estava enrolada numa bola de substância gelatinosa, ngallalla yawun. Ao receber a água fortalecedora, Wunggud se mexeu. Formou depressões no chão, garagi, para colher a água. Depois ela criou a chuva e deu início aos processos rítmicos da vida: as estações, os ciclos reprodutivos, a menstruação. Seus poderes criativos modelaram a paisagem e produziram todas as criaturas e os seres vivos, sobre os quais ela ainda conserva o domínio.3

Todas as culturas têm os seus mitos de criação, alguns mais coloridos que os outros. Durante séculos, a civilização ocidental procurou na Bíblia o esclarecimento sobre esse tema. O texto bíblico parece decepcionantemente ameno, quando comparado com a história australiana: Deus criou a vida mais ou menos na sua presente forma ab initio, como o quinto milagre.

Não muito longe de Kimberley, além do Grande Deserto de Areia nas montanhas de Pilbara, estão os fósseis mais antigos conhecidos na Terra. Esses vestígios extraordinários fazem parte da explicação científica da criação. A ciência toma como seu ponto de partida a suposição de que a vida não foi criada por um deus ou por um ser sobrenatural: ela aconteceu sem ajuda e de forma espontânea, como um processo natural.

Nos últimos dois séculos, os cientistas têm montado esmeradamente a história da vida. O registro fóssil mostra claramente que a vida antiga era muito diferente da vida hoje existente. De modo geral, quanto mais se retrocede no tempo, mais simples eram as coisas vivas que habitavam a Terra. A grande proliferação de formas de vida complexas só ocorreu nos últimos bilhões de anos. Os mais antigos fósseis animais verdadeiros e bem documentados, encontrados igualmente na Austrália (nas Montanhas Flinders ao norte de Adelaide), datam de 560 milhões de anos. Conhecidos como os fósseis de Ediacara, incluem criaturas parecidas com a água-viva. Pouco depois dessa época, há uns 545 milhões de anos, começou uma verdadeira explosão de espécies, culminando na colonização da Terra pelas grandes plantas e animais. Mas, antes de 1 bilhão de anos atrás, a vida era restrita a organismos unicelulares. Esse registro de complexificação e diversificação é amplamente explicado pela teoria da evolução de Darwin, que pinta o quadro de contínuas ramificações das espécies para formar linhagens cada vez mais distintas. Inversamente, no passado essas linhagens convergem. A evidência atesta veementemente que toda a vida sobre a Terra descende de um ancestral comum, por meio desse processo de ramificação. Isto é, toda pessoa, todo animal e planta, toda bactéria invisível, remonta ao mesmo micróbio minúsculo que viveu há bilhões de anos, e desse ponto até a primeira coisa viva.4 O que ainda falta explicar — o que sobressai como o enigma central não resolvido na explicação científica da vida — é o modo como o primeiro micróbio passou a existir.

Examinar o funcionamento mais interno da vida serve apenas para aprofundar o mistério. A célula viva é o sistema mais complexo de seu tamanho conhecido pela humanidade. Suas grandes quantidades de moléculas especializadas, muitas só encontradas dentro de material vivo, já são elas próprias enormemente complexas. Executam uma dança de fidelidade requintada, orquestrada com uma precisão de tirar o fôlego. Extremamente mais elaborada que o balé mais complicado, a dança da vida abrange incontáveis participantes moleculares em coordenação sinérgica. Todavia, é uma dança que não tem coreógrafo. Nenhum supervisor inteligente, nenhuma força mística, nenhum agente controlador consciente põe as moléculas no seu lugar no momento exato, escolhe os ato- res apropriados, amarra as ligações, desfaz os pares, leva-os adiante. A dança da vida é espontânea, mantém-se e se cria por si mesma.

Como é que algo tão imensamente complicado, tão refinado, tão requintadamente inteligente, passou a existir por si mesmo? Como é que moléculas sem mente, capazes apenas de empurrar e puxar seus vizinhos mais próximos, podem cooperar para formar e sustentar algo tão engenhoso como um organismo vivo?

Resolver essa charada é um exercício em muitas disciplinas — principalmente a biologia —, mas a química, a geologia, a astronomia, a matemática, a computação e a física também contribuem. É igualmente um exercício em história. Poucos cientistas acreditam que a vida começou num único salto monumental. Nenhum processo físico abruptamente “insuflou vida” na matéria inerte. Deve ter ocorrido uma longa e complicada fase de transição entre a não- vida e a primeira coisa verdadeiramente viva, uma extensa cronologia de eventos, improvável de ser pré-ordenada nos seus milhares de detalhes. Uma lei da natureza não explicaria por si só como a vida teve início, porque nenhuma lei concebível compeliria uma legião de átomos a seguir precisamente uma sequência prescrita de montagem. Assim, embora obedecendo às leis da natureza, é provável que a verdadeira rota para a vida deva muito ao acaso e à circunstância — ou à contingência, como os filósofos a chamam. Por causa disso, e por causa de nossa ignorância sobre as condições que predominavam no passado remoto, nunca saberemos exatamente que sequência particular de acontecimentos produziu a primeira forma de vida.

Entretanto, o mistério da biogênese vai muito além da ignorância sobre os detalhes. Há também um profundo problema conceituai sobre a própria natureza da vida. Tenho em cima de minha escrivaninha uma dessas lâmpadas, populares na década de 1960, que contêm dois fluidos de cores diferentes que não se misturam.

As bolhas de um fluido lentamente sobem e caem através do outro. As pessoas frequentemente comentam que o comportamento das bolhas é “semelhante ao de um ser vivo”. Nesse aspecto a lâmpada não está sozinha. Muitos sistemas inanimados têm qualidades semelhantes às de seres vivos — chamas bruxuleantes, flocos de neve, padrões de nuvens, remoinhos num rio. O que é que distingue os organismos vivos genuínos de sistemas apenas semelhantes à vida? Não é simplesmente uma questão de grau; há uma real diferença entre a natureza do ser vivo e o que é apenas semelhante ao vivo. Se uma galinha põe um ovo, pode-se apostar com segurança que a avezinha chocada também será uma galinha. Mas tentem predizer a forma precisa do próximo floco de neve. A diferença crucial é que a galinha é feita de acordo com instruções genéticas específicas, enquanto as bolhas das lâmpadas, os flocos de neve e os remoinhos se formam descontroladamente. Não existe nenhum gene para um floco de neve. A complexidade biológica é complexidade instruída, ou, para usar o linguajar moderno, é complexidade baseada em informação. Nos capítulos seguintes, vou argumentar que não basta saber como foi que surgiu a imensa complexidade estrutural da vida; devemos também explicar a origem da informação biológica. Como veremos, os cientistas ainda estão muito longe de resolver essa charada conceituai fundamental. Alguns se alegram com essa ignorância, imaginando que ela abre espaço para uma criação miraculosa. Entretanto, a tarefa da ciência é resolver os mistérios sem recorrer à intervenção divina. Só porque os cientistas ainda não sabem ao certo como foi que a vida começou, isso não significa que a vida não pode ter tido uma origem natural.

Como é que se faz para montar uma explicação científica da gênese da vida? À primeira vista a tarefa parece irrealizável. O método tradicional de procurar fósseis petrificados oferece poucas pistas. A maioria das delicadas moléculas prebióticas que deram origem à vida já estarão há muito tempo erradicadas. O máximo que podemos esperar encontrar é algum resíduo químico degradado dos organismos ancestrais a partir dos quais evoluiu a vida celular familiar.

Se tivéssemos de nos basear apenas nos fósseis petrificados, a tarefa de compreender a origem e as primeiras etapas da evolução da vida seria realmente formidável. Felizmente há toda uma outra linha de evidências. Estende-se também para o passado vago e distante, mas existe aqui e agora, dentro de formas de vida existentes. Os biólogos estão convencidos de que remanescentes dos antigos organismos continuam a viver nas estruturas e processos bioquímicos de seus descendentes — inclusive nos seres humanos. Ao estudar como opera a célula moderna, podemos vislumbrar resquícios de vida ancestral em funcionamento — uma molécula peculiar aqui, uma reação química estranha ali — exatamente como moedas fora de lugar, ferramentas enferrujadas ou montes suspeitos de terra alertam o arqueólogo. Assim, entre os intricados processos que se passam dentro dos organismos modernos, sobrevivem rastros da vida primeva, formando uma ponte com nosso passado distante. Analisando esses vestígios obscuros, os cientistas começaram a reconstruir os caminhos físicos e químicos que podem ter dado origem à primeira célula viva.

Mesmo com essas pistas bioquímicas, a tarefa da reconstrução seria, na sua maior parte, conjectura, se não fosse a recente descoberta de certos “fósseis vivos” — micróbios que habitam ambientes estranhos e extremos. Esses chamados supermicróbios estão sendo investigados intensivamente, e parecem destinados a revolucionar a microbiologia. É possível que estejamos vislumbrando nesses micróbios incomuns algo bem próximo aos organismos primitivos que geraram a vida na Terra. Outras pistas podem surgir da busca de vida em Marte e em outros planetas, bem como do estudo de cometas e meteoritos. Reunindo todos esses fios de evidência, talvez se revele possível deduzir, pelo menos em linhas gerais, o modo como a vida apareceu pela primeira vez no universo.

O QUE É A VIDA?

Antes de atacar o problema da sua origem, é importante ter uma ideia clara do que é a vida. Há cinquenta anos muitos cientistas estavam convencidos de que o mistério da vida estava prestes a ser resolvido. Os biólogos reconheciam que a chave estava entre os componentes moleculares dentro da célula. Àquela altura, os físicos tinham dado passos notáveis que elucidavam a estrutura da matéria no nível atômico, e parecia que logo esclareceriam igualmente o problema da vida. A agenda foi estabelecida pela publicação do livro de Erwin Schrödinger, What is life?, em 1944. Os organismos vivos, assim pareciana época, acabariam se revelando nada mais que máquinas elaboradas com partes microscópicas que podiam ser estudadas usando as técnicas da física experimental. Uma investigação cuidadosa fundamentou essa visão. A célula viva está de fato apinhada de máquinas em miniatura. Tudo o que se fazia necessário era um manual de montagem, e o problema estaria resolvido. Hoje em dia, entretanto, a imagem da célula como apenas um mecanismo muito complicado parece bastante ingênua. Sem dúvida, a biologia molecular obteve sucessos deslumbrantes, mas os cientistas ainda não sabem apontar exatamente o que separa um organismo vivo de outros tipos de objetos físicos. Tratar os organismos como mecanismos tem se mostrado um método muito frutífero, sem dúvida alguma, mas é importante não ficar hipnotizado pelo seu charme simplista. A explicação mecanicista é uma parte importante da compreensão da vida, mas não é toda a história.

Permita-me dar um exemplo surpreendente de onde reside o problema. Imagine jogar para o ar um pássaro morto e um pássaro vivo. O pássaro morto vai aterrissar com uma pancada surda, previsivelmente, a alguns metros de distância. O pássaro vivo pode acabar empoleirado improvavelmente numa antena de televisão no outro lado da cidade, ou no galho de uma árvore, em cima de um telhado, numa cerca viva ou num ninho. Seria difícil adivinhar de antemão o lugar exato.

Como físico, estou acostumado a pensar na matéria como algo passivo, inerte e insensível como um torrão de terra, reagindo apenas quando pressionada por forças externas—como quando o pássaro morto cai no chão sob a força da gravidade. Mas as criaturas vivas têm, literalmente, uma vida própria. É como se contivessem uma faísca interior que lhes dá autonomia, para que possam (dentro de certos limites) fazer o que desejam. Até as bactérias fazem o que querem de forma restrita. Essa liberdade interior, essa espontaneidade, implica que a vida desafia as leis da física, ou os organismos apenas aproveitam essas leis para seus próprios fins? Nesse caso, como é que fazem? E de onde vêm esses “fins” num mundo aparentemente governado por forças cegas e sem propósito?

Essa propriedade da autonomia, ou autodeterminação, parece tocar no aspecto mais enigmático que distingue os seres vivos dos não vivos, mas é difícil saber qual é a sua origem. Que propriedades físicas dos organismos vivos lhes conferem autonomia? Ninguém sabe.

Autonomia é uma característica importante da vida. Mas há muitas outras, inclusive as seguintes:

Reprodução. Um organismo vivo deve ser capaz de se reproduzir. Entretanto, algumas coisas inanimadas, como cristais e fogo no mato, podem se reproduzir, ao passo que os vírus, que muitos consideram vivos, são incapazes de se multiplicar por conta própria. As mulas são certamente vivas, embora não possam se reproduzir, por serem estéreis. Um filho bem-sucedido é mais do que um simples fac-símile do original; inclui também uma cópia do aparelho de replicação. Para propagar os seus genes além da próxima geração, os organismos devem replicar os meios de replicação, bem como replicar os próprios genes.

Metabolismo. Para ser considerado propriamente vivo, um organismo tem de fazer algo. Todo organismo processa produtos químicos por meio de sequências complicadas de reações, e com isso acumula a energia que o torna capaz de realizar certas tarefas, como movimento e reprodução. Esse processamento químico e liberação de energia é chamado de metabolismo. Entretanto, o metabolismo não pode ser equiparado à vida. Alguns micro-organismos podem se tornar completamente inoperantes por longos períodos de tempo, com as suas funções vitais paralisadas. Relutaríamos em declará-los mortos, uma vez que é possível que sejam reavivados.

Nutrição. Essa propriedade é intimamente relacionada com o metabolismo. Encerre um organismo vivo numa caixa por um longo período, e no devido tempo ele vai parar de funcionar e acabar morrendo. É crucial para a vida uma produção contínua de matéria e energia. Por exemplo, os animais comem, as plantas realizam a fotossíntese. Mas só um fluxo de matéria e energia não consegue captar a real atividade da vida. A Grande Mancha Vermelha de Júpiter é um redemoinho de fluidos sustentado por um fluxo de matéria e energia. Ninguém sugere que seja viva. Além disso, não é desse tipo de energia que a vida necessita, mas de algo como a energia útil ou livre. Leia mais a esse respeito adiante.

Complexidade. Todas as formas conhecidas de vida são espantosamente complexas. Até os organismos unicelulares como as bactérias são verdadeiras colmeias de atividade envolvendo milhões de componentes. Em parte, essa complexidade é o que garante a imprevisibilidade dos organismos. Por outro lado, um furacão e uma galáxia também são muito complexos. Os furacões são notoriamente imprevisíveis. Muitos sistemas físicos não vivos são o que os cientistas chamam de caóticos — o seu comportamento é demasiado complicado para ser previsto, podendo ser até aleatório.

Organização. Talvez o significativo não seja a complexidade per se, mas a complexidade organizada. Os componentes de um organismo devem cooperar uns com os outros, senão o organismo vai deixar de funcionar como uma unidade coerente. Por exemplo, um conjunto de artérias e veias não tem muita utilidade sem um coração para bombear o sangue através dele. Um par de pernas oferecerá pouca vantagem locomotora, se cada perna se mover por conta própria, sem referência à outra. Mesmo dentro das células individuais, o grau de cooperação é espantoso. As moléculas não saem correndo simplesmente ao acaso, mas apresentam todas as características de uma linha de montagem de fábrica, com um alto grau de especialização, uma divisão do trabalho e uma estrutura de comando e controle.

Crescimento e desenvolvimento. Os organismos individuais crescem e os ecossistemas tendem a se espalhar (se as condições forem apropriadas). Mas muitas coisas inanimadas também crescem (os cristais, a ferrugem, as nuvens). Uma propriedade mais sutil, mas inteiramente mais significativa das coisas vivas, tratadas como classe, é o desenvolvimento. A história extraordinária da vida sobre a Terra é uma história de adaptação evolucionária gradativa, como resultado da variedade e da novidade. A variação é a chave. É a replicação combinada com a variação que conduz à evolução darwiniana. Poderíamos pensar em virar o problema de cabeça para baixo e dizer: se evolui do modo como Darwin descreveu, então vive.

Conteúdo de informação. Nos últimos anos, os cientistas têm enfatizado a analogia entre os organismos vivos e os computadores. Crucialmente, a informação necessária para replicar um organismo é passada nos genes de pai para filho. Assim a vida é a tecnologia da informação em escala diminuta. Mas, novamente, a informação por si só não é suficiente. Há muita informação nas posições das folhas caídas numa floresta, mas ela não significa nada. Para se habilitar à descrição de viva, a informação deve ser significativa para o sistema que a recebe: deve haver um “contexto”. Em outras palavras, a informação deve ser especificada. Mas de onde provém esse contexto, e como é que uma especificação significativa surge espontaneamente na natureza?

Emaranhamento hardware/software. Como veremos, toda a vida do tipo encontrado sobre a Terra se origina de um acordo firmado entre duas classes muito diferentes de moléculas: os ácidos nucléicos e as proteínas. Esses grupos se complementam em termos de suas propriedades químicas, mas o contrato vai mais fundo que isso, vai até o próprio âmago daquilo a que se dá o nome de vida. Os ácidos nucléicos armazenam o software da vida, enquanto as proteínas são os verdadeiros trabalhadores e constituem o hardware. Os dois domínios químicos só podem se apoiar mutuamente porque há um canal de comunicação altamente específico e refinado entre eles mediado por um código, o chamado código genético. Esse código e o canal de comunicação — ambos produtos avançados da evolução — têm o efeito de emaranhar os aspectos hardware e software da vida de um modo desconcertante e quase paradoxal.

Permanência e mudança. Outro paradoxo da vida diz respeito à estranha conjunção de permanência e mudança. Os filósofos às vezes se referem a esse antigo enigma como o problema do ser versus o tornar-se. A tarefa dos genes é replicar, conservar a mensagem genética. Mas sem a variação, sem a adaptação, isso é impossível, e os genes acabam por ser suprimidos: adaptar-se ou morrer é o imperativo darwiniano. Mas como é que a conservação e a mudança coexistem num sistema? Essa contradição está no âmago da biologia. A vida floresce na Terra por causa da tensão criativa que existe entre essas necessidades conflitantes, mas ainda não compreendemos plenamente como esse jogo é jogado.

É óbvio que não há resposta fácil para a pergunta de Schrödinger: O que é a vida? Nenhuma qualidade definidora simples distingue o vivo do não-vivo. É talvez bom que assim seja, porque a ciência apresenta o mundo natural como uma unidade. Qualquer coisa que introduz uma cunha entre os domínios do vivo e do não-vivo corre o risco de nos predispor à crença de que a vida é mágica ou mística, em vez de algo inteiramente natural. É um erro procurar uma linha divisória nítida entre os sistemas vivo e não vivo. Não se pode eliminar os enfeites e identificar um núcleo irredutível da vida, como uma molécula particular. Não se pode dizer que existe molécula viva, apenas um sistema de processos moleculares que, tomados coletivamente, pode ser considerado vivo.

Posso resumir essa lista de qualidades afirmando que, de um modo geral, a vida parece envolver dois fatores cruciais: o metabolismo e a reprodução. É o que podemos observar em nossas próprias vidas. Os atos mais básicos de todo ser humano são respirar, comer, beber, excretar e fazer sexo. As primeiras quatro atividades são necessárias para o metabolismo, enquanto a última é necessária para a reprodução. É duvidoso se consideraríamos viva, no pleno sentido do termo, uma população de entidades com metabolismo mas sem reprodução, ou com reprodução mas sem metabolismo.

A FORÇA VITAL E OUTRAS NOÇÕES DESACREDITADAS

Dada a impossibilidade de definir a vida, não é surpreendente que algumas pessoas tenham recorrido a interpretações místicas. Os organismos não serão talvez imbuídos de uma essência ou alma que os torna vivos? A crença de que a vida requer um ingrediente extra, além da matéria ordinária que obedece às leis físicas normais, é conhecida como vitalismo. É uma ideia enganadora que tem uma longa história. O filósofo grego Aristóteles propôs que uma qualidade especial a que deu o nome de força vital, ou psique, conferia aos organismos vivos as suas extraordinárias propriedades, especialmente a da autonomia ou movimento próprio. A psique de Aristóteles era diferente da ideia cristã posterior de alma como uma entidade especial e separada. Na verdade, no esquema de Aristóteles, considerava-se que tudo no universo possuía propriedades intrínsecas que determinavam seu comportamento. Na realidade, ele considerava todo o cosmos como um organismo.

Ao longo dos séculos, a noção de uma força vital reapareceu sob muitos disfarces diferentes. De tempos em tempos surgiam tentativas de ligá-la com substâncias específicas como, por exemplo, o ar. Talvez isso tenha a sua razão de ser; afinal, a respiração cessa com a morte, e a respiração artificial pode às vezes restaurar funções vitais. Mais tarde, o sangue se tornou a substância geradora de vida. Esses mitos antigos ainda vivem em expressões como “insuflar vida” em alguma coisa, ou “perder o sangue da vida”, como se houvesse mais de um tipo de sangue.

À medida que a compreensão científica avançou, a força vital passou a ser associada a conceitos mais sofisticados. Afirmou-se que podia ser atribuída ao flogisto ou éter — substâncias imaginárias que se tornaram elas próprias desacreditadas no devido tempo. Outra ideia, popular no século XVIII, era identificar a força vital com a eletricidade. Naquela época, os fenômenos elétricos eram suficientemente misteriosos para servir a esse fim, e os famosos experimentos de Volta demonstraram que a eletricidade podia fazer os músculos de sapos desmembrados se contorcerem. A crença de que a eletricidade podia revivificar a matéria foi dramaticamente explorada por Mary Shelley no seu famoso romance Frankenstein, no qual o monstro, montado com órgãos humanos mortos, recebe a vida por meio de um imenso raio de uma tempestade. No final do século XIX, a radioatividade substituiu a eletricidade como o fenômeno misterioso mais recente, e efetivamente surgiram afirmações de que uma solução de gelatina podia ser insuflada com vida, se fosse exposta a emissões de cristais de rádio.

Essas primeiras tentativas de determinar a força vital nos parecem hoje em dia maluquice. Ainda assim, a suposição de que a vida requer alguma coisa além das forças físicas normais sobreviveu século XX adentro. Durante muito tempo, os produtos químicos produzidos pelos organismos foram considerados um tanto diferentes do resto. Mesmo hoje em dia, a química é dividida em “orgânica” e “inorgânica”. A implicação era que as substâncias orgânicas como o álcool, o formol e a ureia retinham de algum modo a essência mágica da vida, mesmo quando separadas de qualquer organismo vivo. Em oposição, as substâncias inorgânicas, como o sal comum, são totalmente mortas.

Foi um choque para os vitalistas quando, em 1828, Friedrich Wohler conseguiu sintetizar uréia a partir de cianato de amónio, uma substância inorgânica. Rompendo a barreira invisível entre os mundos orgânico e inorgânico, e demonstrando que não era necessária a vida para criar substâncias orgânicas, Wohler eliminou a ideia de que os produtos químicos orgânicos são sutilmente diferentes do resto. Já não era necessário pressupor dois tipos distintos de matéria. A partir de então, um conjunto comum de princípios governaria a química do mundo vivo e do não vivo. Sabemos agora que os átomos orbitam pela biosfera, entrando e saindo dos organismos vivos, o tempo todo. Todo átomo de carbono em nosso corpo é idêntico a um átomo de carbono no ar ou num pedaço de giz. Não há nenhuma “energia” misteriosa que torna os nossos átomos de carbono “vivos”, ao passo que aqueles ao nosso redor estão mortos, como também não há nenhuma qualidade semelhante à vida que um átomo de carbono adquire quando o comemos, e perde quando o exalamos.

Apesar do apagamento da distinção entre a química orgânica e a inorgânica, o vitalismo continuou a existir, popularizado por alguns filósofos famosos como Henri Bergson na França. Na verdade, entrou numa fase mais científica com o estudo de um embriologista alemão, Hans Driesch, na década de 1890. Driesch ficou impressionado pelo modo como os embriões podiam ser mutilados bem no início de seu crescimento, mas ainda assim conseguiam se recuperar a fim de produzir um organismo normal. Essas e outras propriedades extraordinárias do desenvolvimento orgânico levaram Driesch a propor que o aparecimento da forma correta do organismo, com toda a sua intricada complexidade, devia estar sob o controle de uma força vital orientadora, a que ele deu o nome de enteléquia. Driesch compreendeu que as propriedades ordenado- ras da enteléquia a colocavam em conflito com as forças físicas nor- mais e a lei da conservação da energia. Sugeriu que a enteléquia opera agindo sobre a regulação do tempo das interações moleculares de um modo que introduz um padrão holístico e cooperativo.

Embora o desenvolvimento do embrião ainda não esteja completamente compreendido, já se conhece bastante sobre esse tema, e sobre a formação do padrão biológico em geral, para convencer os biólogos de que a enteléquia, e qualquer outra versão do conceito da força vital, é uma complicação desnecessária. Isso não impede muitos não-cientistas de se agarrarem a ideias vitalistas ainda hoje em dia. As crenças abrangem desde processos quase científicos, como a fotografia Kirlian, em que se produz uma imagem fotográfica com uma espécie de brilho circular ao redor da mão de uma pessoa colocando-a num forte campo elétrico, até as ideias desavergonhadamente místicas dos fluxos de energia yin e yang, carmas e auras que só aparecem a médiuns com poderes especiais. Infelizmente para os místicos, até hoje nenhum experimento científico apropriadamente realizado demonstrou uma força vital em funcionamento, nem precisamos de uma força desse tipo para explicar o que se passa dentro dos organismos biológicos.

Outra razão para rejeitar as explicações vitalistas da vida é o seu caráter totalmente ad hoc, Se a força vital se manifesta apenas em coisas vivas, ela tem pouco ou nenhum valor explicativo. Para esclarecer esse ponto, vou fazer uma analogia com uma locomotiva a vapor. Pergunta: O que é uma locomotiva a vapor e como funciona? Um engenheiro podia dar uma resposta muito detalhada a essa pergunta. Podia falar sobre pistões, reguladores, pressão do vapor e termodinâmica da combustão. Podia apontar que peças moviam o quê, para fazer as rodas girarem. Também poderia se tornar lírico e descrever a lataria brilhante e a fumaça expelida.

Ora, alguém poderia objetar que a descrição do engenheiro, por mais completa que fosse, ainda deixaria de fora o caráter essencial de trem da locomotiva, o que confere a um simples monte de partes metálicas conectadas a força emocionante, a majestade, a elegância de movimento, a presença que todos associam com uma locomotiva a vapor. Assim, devemos supor que, além de ser um conjunto de componentes de metal, uma locomotiva também deva estar imbuída desse “caráter de trem” para que se torne o item genuíno?

Claro que isso é absurdo. Em que outro lugar vamos encontrar esse caráter de trem a não ser num trem? A locomotiva a vapor é simplesmente as partes e peças de que é composta, arranjadas na forma como estão montadas. Só isso. Não há nenhum ingrediente extra, nenhum caráter de trem, que o fabricante deve acrescentar a fim de “tornar a máquina viva” para a sua planejada função. Da mesma forma, ao procurar compreender a origem da vida, os cientistas consideram os processos moleculares normais para explicar o que aconteceu, e não uma força vital externa para dar vida à matéria inanimada. O que torna a vida tão extraordinária, o que distingue o ser vivo do não vivo, não são os componentes dos organismos, mas o modo como estão organizados e funcionam como um todo.

Apesar do fato de o vitalismo estar desacreditado, um germe da ideia é correto. Há um “algo” não material dentro dos organismos vivos, algo único e, literalmente, vital para a sua operação. Não é uma essência, nem uma força, nem um átomo com energia especial. Esse algo extra é um certo tipo de informação ou, para usar o jargão moderno, software.

A HISTÓRIA DA ANTIGA MOLÉCULA

Dentro de cada um de nós, existe uma mensagem. Está inscrita num código antigo, seus primórdios perdidos nas brumas do tempo. Decifrada, a mensagem contém instruções sobre como fazer um ser humano. Ninguém escreveu a mensagem, ninguém inventou o código. Passaram a existir espontaneamente. O seu inventor foi a própria Mãe Natureza, operando apenas dentro do alcance de suas leis imutáveis e aproveitando os caprichos do acaso. A mensagem não está escrita à tinta ou com tipos, mas com átomos, unidos numa sequência elaboradamente arranjada para formar o DNA, a sigla para ácido desoxirribonucleico. É a molécula mais extraordinária existente na Terra.

O DNA humano contém muitos bilhões de átomos, ligados na forma distintiva de duas espirais entrelaçadas num abraço mútuo. Essa famosa dupla hélice é por sua vez enrolada numa forma muito convoluta. Se estendêssemos o DNA existente em apenas uma célula do corpo humano, obteríamos um fio de dois metros de comprimento. São realmente moléculas grandes.

Embora o DNA seja uma estrutura material, é prenhe de significado. O arranjo dos átomos ao longo das cadeias helicoidais do DNA determina a aparência da pessoa e até, em certa medida, o modo como ela se sente e se comporta. O DNA é nada menos que um esquema ou, mais precisamente, um algoritmo ou um manual de instruções, para construir um ser humano que vive, respira e pensa.

Partilhamos essa molécula mágica com quase todas as outras formas de vida na Terra. Dos fungos às moscas, das bactérias aos ursos, os organismos são esculpidos de acordo com as instruções de seus respectivos DNA. Cada indivíduo tem um DNA que difere do DNA de outros na sua espécie (com a exceção de gêmeos idênticos), e que difere ainda mais do DNA de outras espécies. Mas a estrutura essencial — a constituição química, a arquitetura da dupla hélice — é universal.

O DNA é incrivelmente, inimaginavelmente, antigo. Com quase toda certeza, já existia há 3,5 bilhões de anos. Ele acaba com o sentido da expressão “tão antigo como os morros”: o DNA já existia muito antes de qualquer um dos morros que ainda existem sobre a Terra.

Ninguém sabe como ou onde a primeira molécula de DNA se formou. Alguns cientistas até especulam se ela não é uma invasora alienígena, talvez uma molécula de Marte ou de um cometa errante. Mas, seja como for que tenha surgido a primeira cadeia de DNA, O nosso próprio DNA é muito provavelmente seu descendente direto. Pois a qualidade crucial do DNA, a propriedade que o distingue das outras grandes moléculas orgânicas, é a sua capacidade de se replicar. Em poucas palavras, o objetivo do DNA é fazer mais DNA, geração após geração, manual de instruções após manual de instruções, caindo como cascata pelas eras desde os micróbios até o homem numa cadeia ininterrupta de cópia.

É claro que a mera cópia produz apenas mais exemplares do mesmo ser. A replicação perfeita do DNA criaria um planeta coberto de organismos unicelulares idênticos. Entretanto, nenhum processo de cópia é totalmente confiável. Uma fotocopiadora pode criar manchas desgarradas, uma linha telefônica barulhenta vai truncar uma transmissão de fax e uma oscilação de corrente no computador pode estragar os dados transferidos do disco rígido para um disquete. Quando ocorrem erros na replicação do DNA, eles podem se manifestar como mutações nos organismos que os herdam. Em geral uma mutação é prejudicial, assim como é grande a probabilidade de uma mudança aleatória de palavra desfigurar a beleza de um soneto de Shakespeare. Mas de vez em quando, muito ao acaso, um erro talvez produza um efeito positivo, conferindo uma vantagem ao mutante. Se a vantagem preservar a vida, capacitando o organismo a se replicar com mais eficiência, o DNA mal copiado vai se replicar mais que os seus concorrentes e passar a predominar. Inversamente, se o erro de cópia resultar num organismo menos adaptado, a linhagem mutante vai provavelmente desaparecer depois de algumas gerações, eliminando esse variante particular do DNA.

Esse simples processo de replicação, variação e eliminação é a base da evolução darwiniana. A seleção natural — o contínuo peneirar dos mutantes de acordo com a sua aptidão—funciona como uma catraca, deixando passar os erros vantajosos e eliminando os ruins. A partir do DNA de algum micróbio ancestral primitivo, aos poucos, erro após erro, vieram a ser construídas as instruções cada vez mais longas para formar organismos mais complexos.

Alguns acham difícil de engolir a ideia de um manual de instruções que se autoredige simplesmente acumulando erros ao acaso, por isso vou repetir a argumentação, usando uma metáfora um pouco diferente. Vamos pensar na informação existente no DNA humano como a partitura de uma sinfonia. É realmente uma sinfonia grandiosa, uma imponente peça orquestral com centenas de músicos tocando milhares de notas. Em comparação, o DNA do antigo micróbio ancestral não passa de uma simples melodia. Como é que uma melodia se torna uma sinfonia?

Vamos supor que se peça a um copista para copiar a melodia original como partitura musical. Na sua maior parte, o processo de cópia é fiel, mas de vez em quando uma colcheia se torna uma semínima, um dó se torna um ré. Uma escorregadela da pena introduz uma leve mudança de ritmo ou tom. Ocasionalmente, um erro mais sério gera uma falha de maior monta na peça, talvez a omissão de todo um compasso ou a sua repetição. Na sua maior parte, esses erros estragam o equilíbrio ou a harmonia, de modo que a > partitura se torna inutilizável. Ninguém iria querer escutar a sua execução musical. Mas de vez em quando a escorregadela da pena do copista acrescenta um novo som imaginativo, uma característica agradável, uma adição ou alteração bem-sucedida, totalmente ao acaso. A melodia se torna mais bela e será aprovada no futuro. Agora vamos imaginar que esse processo de aperfeiçoamento e elaboração continue através de trilhões de procedimentos de cópia.

Lenta, mas seguramente, a melodia vai adquirir novas características, desenvolver uma estrutura mais rica, evoluir para uma sonata, um concerto, até para uma sinfonia.

O aspecto crucial dessa metáfora, e nunca será demasiado enfatizá-lo, é que a sinfonia passa a existir sem que o copista tenha o menor conhecimento de música ou sinta o menor interesse por esse tema. O copista pode ser surdo de nascença, e não saber nada a respeito de melodias. Não importa, porque a tarefa do copista não é compor a música, mas copiá-la. O ponto em que a metáfora fracassa é no processo de seleção. Não há nenhum músico cósmico examinando a partitura da vida e exercendo um controle de qualidade. Há apenas a natureza, com sangue nos dentes e nas garras, aplicando uma regra simples e brutal: se o erro funciona, preserve- o; se não funciona, mate-o. E “funciona” é definido por um único critério, que é a eficiência da replicação. Se o erro resulta em mais cópias feitas, então, por definição, sem mais delongas, funciona. Se A replica mais que B, mesmo que por uma margem estreita, haverá mais As do que Bs. Se A e B têm de competir para conseguir espaço ou recursos, pode-se apostar com segurança que em breve A vai eliminar B completamente. A sobrevive, B morre.

O darwinismo é o princípio central em torno do qual está construída a nossa compreensão da biologia. Oferece uma explicação econômica de como uma mensagem genética relativamente simples se elabora ao longo das eras para criar moléculas de DNA complexas a ponto de produzir um ser humano. Assegurada a existência do manual básico, o DNA precursor, os erros aleatórios e a seleção são capazes de promover a sua evolução gradativa. Os genes bons são conservados, os genes ruins são eliminados. Mais adiante discutirei a adequação dessa explicação austera, mas por enquanto estou mais preocupado com o ponto de partida. É claro que a evolução darwiniana só pode operar se existir algum tipo de vida

(estritamente, ela não requer a vida em sua plena glória, apenas replicação, variação e seleção). O darwinismo não oferece nenhuma ajuda para explicar esse primeiro passo tão importante: a origem da vida. Mas se o princípio central da vida deixa de explicar a origem da vida, temos um problema. Que outro princípio ou princípios podem explicar como tudo começou?

Para resolver esse problema, devemos buscar pistas. Onde podemos procurar pistas sobre a origem da vida? Um bom ponto de partida é perguntar onde foi que a própria vida teve início. Se descobrirmos o lugar onde a vida começou, seremos capazes de adivinhar as condições físicas que acompanharam a sua gênese. Podemos então começar a estudar os processos químicos que ocorrem nessas condições, e construir uma compreensão da fase pre- biótica etapa por etapa.

OS MICRÓBIOS E A BUSCA DO ÉDEN

Nos meus tempos de criança, eu era às vezes obrigado a frequentar a escola dominical, um sacrifício que eu detestava. A única lembrança positiva dessa experiência é a de folhear um livro de gravuras descrevendo o Jardim do Éden. A imagem que o livro evocava era a de um parque bem arrumado, onde o sol sempre brilhava e animais exóticos perambulavam sem medo, presumivelmente por serem vegetarianos. Era um belo contraste para a vida num sombrio subúrbio londrino. Infelizmente, o Jardim do Éden bíblico se revelou um mito. Ainda assim, deve ter existido um lugar onde viveram as primeiras criaturas da Terra, uma espécie de Éden científico. Onde se localizava?

Estou escrevendo esta parte do livro num dia chuvoso de primavera nas colinas Adelaide. A chuva do inverno cobriu a paisagem de verde, e para onde quer que eu olhe uma cobertura luxuriante de árvores se eleva sobre uma profusão de arbustos, moitas e gramados mais baixos. Os pássaros se lançam pelo céu e cintilam em cores entre os ramos. Escondidos entre a folhagem estão cobras, lagartos, aranhas e insetos. Deve também haver coelhos, gambás, camundongos, equidnas e um ocasional coala ou canguru. Mesmo nesta região árida, a vida é visível e exuberante.

A mera variedade dos seres vivos tem deliciado os homens há milhares de anos. Mas foi só relativamente há pouco tempo, com a invenção do microscópio, que a verdadeira diversidade da vida na Terra nos foi revelada. Pois assim como os naturalistas se maravilharam com a riqueza biológica de uma floresta tropical ou de um recife de coral, uma cornucópia ainda maior estava oculta em todos os lugares ao redor deles. A biosfera invisível é o domínio dos micro-organismos, partículas unicelulares de vida que habitam quase todo nicho e fenda disponível que o planeta pode oferecer. Embora tenham sido durante muito tempo desconsiderados como “simples germes”, sabe-se agora que os micróbios dominam a árvore da vida. “Você pode sair para o seu quintal”, diz John Holt da Michigan State University,5 “e se realmente se empenhar, vai encontrar mil novas espécies em pouco tempo.” O comentário de Holt parece exagerado até se compreender que uma colher cheia de solo de boa qualidade pode conter 10 trilhões de bactérias representando 10 milhões de espécies diferentes! No total, a massa dos micro-organismos na Terra pode chegar a 100 trilhões de toneladas métricas — mais do que toda a vida visível reunida.

Sem dúvida, os efeitos físicos causados pelos micro-organismos são frequentemente muito visíveis: por exemplo, nas doenças infecciosas, na fermentação do álcool e na deterioração dos alimentos. Mesmo assim, os micróbios têm sido persistentemente subestimados pelos humanos, talvez por serem tão menores que nós. Stephen Jay Gould acredita que deveríamos corrigir esse chauvinismo referindo-nos à presente era como a Era da Bactéria, de tal modo essas criaturas minúsculas superam todas as outras no tamanho da população e na variedade.6 Em contraste, os chamados organismos mais elevados como os humanos, os cães e as prímulas ocupam apenas alguns dos ramos periféricos da árvore da vida.

O tamanho não é a única razão pela qual os micróbios tendem a ser negligenciados. Eles não são fáceis de cultivar em laboratório, e no ambiente natural muitos deles são inertes. Além disso, muitas espécies diferentes de bactérias parecem superficialmente idênticas, e até há pouco tempo os microbiologistas tendiam a agrupá-las numa mesma classificação. Agora, com as poderosas técnicas de sequenciamento molecular, as diferenças genéticas reais são reveladas. É possível descobrir que algumas bactérias que parecem iguais sob o microscópio partilham menos genes entre si do que com os humanos.

Gould aponta que todas as eras sempre foram a Era da Bactéria. Na verdade, na maior parte da duração da vida na Terra, a vida só consistiu em micróbios. No entanto, esse fato pouco estimulante nos abre uma oportunidade. Como a vida começou com os micróbios, existe a possibilidade de encontrarmos pistas importantes sobre a origem da vida estudando exemplos vivos. A esperança é que alguns deles contenham remanescentes de seu passado distante sob a forma de estruturas inusitadas. Vestígios da bioquímica antiga ainda podem estar retidos como características supérfluas — o equivalente microbiano do apêndice humano. É possível até que micróbios vivos carreguem dentro de si resquícios moleculares de um mundo prebiótico.

Reunindo os fragmentos de informação tirados de micróbios vivos, talvez seja possível determinar a aparência do organismo ancestral, bem como adivinhar onde e como ele viveu. Infelizmente, não se pode saber apenas olhando para os micróbios vivos qual teria sido a história evolucionária dos micro-organismos. Eles têm poucas características anatômicas pelas quais poderiam ser classificados. Não têm braços, nem pernas, nem guelras, nem pulmões, nem olhos, nem orelhas que possam servir para a comparação. Como explicarei mais adiante, a evidência que liga os micróbios a seus antigos ancestrais reside em grande parte na bioquímica — na sua constituição genética e nos caminhos metabólicos que empregam. Felizmente, as técnicas da moderna biologia molecular permitem que essa evidência seja destrinçada. Como fragmentos de um antigo pergaminho escondidos sob um texto meio esquecido, esse rastro de evidência molecular, em parte obliterado pelos estragos do tempo, oferece um vislumbre sedutor de um passado evolucionário que se estende até quase 4 bilhões de anos atrás.

Dado que existem tantas espécies de micróbios, onde devemos concentrar a busca de pistas moleculares? Hoje em dia são as bactérias aeróbias e as que realizam a fotossíntese aquelas que mais notamos, mas durante mais de 2 bilhões de anos havia pouco ou nenhum oxigênio livre na Terra. Entretanto, os micróbios floresciam numa variedade de hábitats, fermentando o álcool, produzindo o metano, reduzindo o sulfato. Alguns micróbios mantêm os seus antigos estilos devida até hoje, e são esses os que têm mais probabilidade de fornecer pistas para as formas mais primitivas de vida. O que sugere uma ideia instigante: e se existir ainda hoje um nicho obscuro, um lugar exótico, onde as condições se assemelham ao inferno fervente, coberto de gás e batido pelos asteroides que foi o planeta Terra primevo? Com um exame cuidadoso, talvez seja possível encontrar organismos remanescentes ainda vivendo ali, micróbios que pouco mudaram desde a aurora da vida.

Seria possível? Haveria um tal lugar?

A resposta é sim. E a sua localização é tão surpreendente quanto obscura. Nas profundezas do mar, no fundo escuro do oceano, há regiões onde a crosta da Terra se distende e se rompe. Impelidas por forças termais poderosas do interior profundo do planeta, as camadas rochosas do fundo do mar estão continuamente se deslocando e estirando. Aqui e ali, ao longo das cordilheiras no meio do oceano, a crosta é fendida para expor a lava derretida ao oceano gelado acima. A lava destilada se encolhe e racha à medida que esfria, criando uma massa rochosa de fissuras e túneis pelos quais a água circula por convecção, dissolvendo minerais enquanto passa. Nas aberturas, a Terra cospe para fora uma corrente de fluido endurecido, generosamente temperado com produtos químicos. O brutal encontro do líquido superaquecido com a água fria do mar cria um pandemônio químico e termal.

Parece impossível imaginar que alguma forma de vida possa habitar um ambiente tão hostil, que mais lembra o Hades do que o Jardim do Éden. Mas existe essa forma de vida. Espantosamente, essas aberturas vulcânicas dos oceanos são o lar de uma rica variedade de micróbios, alguns deles aparentemente remanescentes de uma biologia antiga. Ali nas escuras profundezas vulcânicas moram os organismos conhecidos mais semelhantes às primeiras criaturas vivas na Terra. Nos capítulos seguintes, descreverei como as surpreendentes descobertas dos supermicróbios submarinos e subterrâneos estão transformando o nosso pensamento sobre a origem da vida e a possibilidade de vida em Marte e em outros lugares.

Mas antes preciso explicar alguns dos princípios básicos da bioquímica. Entre esses, estão em primeiro lugar as leis da termodinâmica.

2. Contra a maré

E, partindo, deixamos atrás de nós Pegadas nas areias do tempo.

H. W. Longfellow^1

Quando criança, as minhas viagens para o litoral eram ocasiões raras e preciosas. Algumas das minhas lembranças mais vívidas são de praias. Além da alga marinha e da água-viva, da subida e descida do oceano, lembro-me de ficar impressionado com a visão de estranhos buraquinhos na areia lisa, que ali apareciam quando a maré recuava. Esses buracos eram adornados por belos montes de areia dispostos em salsichas finas e dobradas uma sobre a outra, como creme dental espremido do tubo para formar uma pilha. O que causava essas formações peculiares? — eu me perguntava. Nunca vi nenhuma durante o processo de formação, e elas eram sempre apagadas, junto com as minhas pegadas, pela maré enchente.

Agora sei que os montes de areia são feitos por pequenos caranguejos que escavam sob a superfície e chutam para fora os detritos, embora ainda continue confuso quanto ao modo como eles criam as formas de salsicha. Entretanto, o importante é que eu não tinha dúvidas, mesmo naquela tenra idade, de que alguma forma de criatura viva era responsável por aqueles montes. Claro, há muitos padrões na natureza que não são criados por atividade biológica. Na verdade, na mesma praia onde eu via os montes de areia, havia também fileiras de estrias firmes, formadas pelo fluxo ondulado da água pelã areia. Mas as pilhas de creme dental pareciam demasiado planejadas, demasiado complicadas, para serem a obra de forças inanimadas cegas. O fluxo da maré destruía os pequenos montes; eu não acreditava que também os criasse.

Um dos principais modos pelos quais a vida se distingue do resto da natureza é a sua extraordinária capacidade de ir “contra a maré” (literalmente no exemplo acima) e criar ordem a partir do caos. Em oposição, as forças inanimadas tendem a produzir desordem. Há na verdade uma lei muito básica da natureza operando aqui, chamada a segunda lei da termodinâmica. Para compreender como foi que a vida começou, precisamos primeiro saber como é que ela enfrenta os caprichos dessa lei.

O PRINCÍPIO DA DEGENERAÇÃO

No capítulo anterior, observei que as células vivas são, em alguns aspectos, semelhantes a máquinas diminutas. Todas as máquinas precisam de combustível para funcionar. Os animais comem alimentos que lhes servem de combustível, enquanto as plantas recebem a energia do sol. Um produto secundário inevitável do consumo de combustível é o calor. Isso nos é muito familiar por causa de nossos corpos: os seres humanos se mantêm quentes por causa do calor excedente na combustão dos alimentos. O calor é também uma forma de energia, podendo provocar mudanças físicas e químicas. No século XIX, os cientistas e engenheiros ansiavam por compreender a ação recíproca de calor, atividade e reações químicas, pois isso os auxiliaria no projeto de máquinas a vapor mais eficientes e outros dispositivos. Um dos resultados dessa investigação foi a descoberta das leis da termodinâmica. Dentre essas leis, a segunda é a mais relevante para a natureza da vida.

Na essência, a segunda lei da termodinâmica proíbe a criação de uma máquina perfeita, ou perpetuum mobile. Ela reconhece que todos os processos físicos de grande escala são menos que cem por cento eficientes: há um desperdício inevitável, ou degeneração. Os motores a vapor, por exemplo, não utilizam toda a energia liberada pelo carvão que é queimado; grande parte do calor da caldeira se espalha inutilmente pelo ambiente, e alguma energia cinética se perde com o atrito nas partes moventes. Uma boa maneira de caracterizar essa perda é em termos de ordem e desordem, ou energia útil e inútil. O movimento da locomotiva a vapor ao longo dos trilhos representa a energia ordenada ou útil, enquanto a perda de calor é energia desordenada ou inútil. O calor é energia desordenada, porque é o movimento caótico das moléculas. É inútil, porque é aleatoriamente distribuído. A segunda lei descreve a tendência inevitável e irreversível das formas de energia ordenada para as de energia desordenada. Sem um suprimento de combustível, ou energia útil, a locomotiva logo vai ficar sem jato de vapor.

A segunda lei da termodinâmica não é restrita à engenharia. É uma lei fundamental da natureza; não há como evitá-la. O astrônomo britânico sir Arthur Eddington considerava que ela ocupava a posição suprema entre as leis da natureza. Ele escreveu^2 certa vez: “se descobrir que a sua teoria é contrária à segunda lei da termodinâmica, não posso lhe dar esperanças; só resta à sua teoria afundar na mais profunda humilhação”. É fácil encontrar exemplos cotidianos da segunda lei em funcionamento, casos em que a ordem se rende ao caos. Já mencionei a destruição de montes de areia e pegadas na praia. Pensem também num boneco de neve se derretendo e num ovo quebrado. Todos esses processos produzem estados desordenados de matéria a partir de estados relativamente ordenados. As mudanças são irreversíveis. Ninguém vai ver a maré criar uma pegada, ou a luz solar fazer um boneco de neve. E nem mesmo todos os cavalos e homens do rei foram capazes de recompor Humpty-Dumpty.

Os físicos medem a perda de energia útil em termos de uma quantidade denominada entropia, que grosso modo corresponde ao grau de caos presente no sistema. Quando ocorre um processo físico, como o ciclo de um pistão e de um cilindro num motor a vapor, é possível computar quanta entropia é produzida como consequência do processo. Armados com o conceito de entropia, podemos enunciar a segunda lei da seguinte maneira: num sistema fechado a entropia total não pode diminuir. Nem vai continuar a aumentar sem limites. Haverá um estado de entropia máxima ou desordem máxima, referido como equilíbrio termodinâmico: uma vez que o sistema atinja esse estado, permanecerá nele.

Para tornar esses princípios claros, vou ilustrá-los com um exemplo simples a respeito da direção do fluxo de calor. Se um corpo quente é posto em contato com um corpo frio, o calor passa do quente para o frio. Por fim, os dois corpos atingem o equilíbrio termodinâmico, isto é, uma temperatura uniforme. O fluxo de calor então cessa. Por que essa é uma transição da ordem para a desordem? A distribuição irregular de calor no início pode ser considerada como um estado relativamente mais ordenado, portanto com menos entropia, do que o estado final, porque neste a energia do calor é distribuída caoticamente entre o máximo de moléculas. Nesse exemplo, a segunda lei exige que o calor flua do quente para o frio, jamais em sentido contrário.

Quando se aplicam as leis da termodinâmica aos organismos vivos, parece haver um problema. Uma das propriedades básicas da vida é o seu alto grau de ordem, por isso quando um organismo se desenvolve ou se reproduz, a ordem aumenta. É o oposto da exigência da segunda lei. O crescimento de um embrião, a formação de uma molécula de DNA, O surgimento de uma nova espécie e a elaboração crescente da biosfera como um todo são exemplos de um aumento de ordem e de uma diminuição da entropia.

Essa contradição tem confundido profundamente alguns cientistas eminentes. O físico alemão Hermann von Helmholtz, um dos fundadores da ciência da termodinâmica, foi um dos primeiros a sugerir que a vida de certa maneira passa a perna na segunda lei.3 Eddington percebeu igualmente um desacordo entre a evolução darwiniana e a termodinâmica, e sugeriu que a primeira fosse abandonada ou que se estabelecesse junto com ela um “princípio de antievolução”.4 Até Schrödinger tinha as suas dúvidas. Em seu livro What is life? ele examinou a relação entre a ordem e a desordem na termodinâmica convencional, e contrastou-a com o princípio hereditário da vida que cria mais ordem a partir da ordem. Observando que um organismo evita a decomposição e mantém a ordem “bebendo ordenação” de seu ambiente, ele conjecturou que a segunda lei da termodinâmica talvez não se aplicasse à matéria viva. “Devemos estar preparados para encontrar um novo tipo de lei física prevalecendo sobre ela”, escreveu.5

Assim, existe um problema com a segunda lei da termodinâmica, quando se consideram os organismos biológicos? Não, não existe. Não há nenhum conflito entre a vida e as leis da termodinâmica. Para compreender por que não existe esse desacordo, considere-se primeiro o caso do humilde refrigerador, que é projetado precisamente para fazer o calor passar do frio (o interior do refrigerador) para o quente (a cozinha). Afirmei acima que a exigência é que o calor sempre flua do quente para o frio, mas há uma condição importante. A segunda lei enunciada dessa forma se aplica somente a sistemas fechados. Um refrigerador não é um sistema fechado. Para forçar o calor a fluir “na direção errada”, um refrigerador deve realizar algum trabalho. Isso requer um motor e algum combustível para fazê-lo funcionar. O motor despende energia, irreversivelmente, e isso aumenta a entropia da cozinha. Tudo considerado, descobre-se que, sem dúvida nenhuma, a entropia dentro do refrigerador diminui, mas o aumento de entropia na cozinha é ainda maior que essa diminuição. (O motor do refrigerador se aquece quando está em funcionamento.) O que se ganha num lado é mais do que perdido no outro. Assim, afinal de contas, fazer um refrigerador funcionar aumenta um pouco a entropia do universo. O mesmo vale para todos os processos, inclusive a vida, que parecem criar ordem a partir do caos. Eles podem criar ordem num determinado lugar, mas vão inevitavelmente criar desordem em algum outro lugar para compensá-la.

Não é difícil descobrir onde a desordem aparece nos sistemas biológicos. Para crescer, um organismo precisa de energia ou combustível. Os alimentos contêm energia útil, parte da qual se dissipa como calor excedente durante a respiração. É este calor que nos mantém quentes, e nessa medida ele é útil, mas inevitavelmente parte dele se dispersa no ar à nossa volta e é desperdiçado. Assim a queima dos alimentos em nossos corpos gera entropia — mais do que o suficiente para compensar a ordem adicional representada pela produção de novas células. Com as plantas a história é semelhante. As plantas crescem captando energia solar, mas a transferência de luz do Sol quente para a Terra fria implica um aumento de entropia, que mais do que contrabalança ò aumento de ordem devido à fabricação de novas células.

A segunda lei também pode ser aplicada à evolução biológica. O surgimento de uma nova espécie marca um aumento na ordem, mas a teoria de Darwin identifica o preço pago para alcançá-lo. Desenvolver uma nova espécie requer muitas mutações, e a imensa maioria dessas mutações é nociva e acaba eliminada pela peneira da seleção natural. Para cada mutante sobrevivente bem-sucedido, há milhares de mortos que não tiveram sucesso. O massacre da seleção natural responde por um imenso aumento de entropia, que mais do que compensa o ganho representado pelo mutante bem- sucedido.6

O resultado é que os organismos biológicos agem plenamente de acordo com a segunda lei da termodinâmica. Desde que o ambiente seja capaz de oferecer o suprimento de energia útil, os sistemas biológicos podem continuar alegremente a reduzir a entropia e a aumentar a ordem nos seus arredores, enquanto contribuem ao mesmo tempo para o aumento implacável da entropia do universo em geral. O físico austríaco Ludwig Boltzmann,7 outro dos fundadores da teoria da termodinâmica, já identificou há muito tempo essa resolução simples do problema termodinâmico da vida: “Assim, a luta geral pela vida não é nem uma briga por material básico [...] nem por energia [...] mas pela entropia que se torna disponível devido à transição do sol quente para a terra fria”.

Aqui, entretanto, devemos tomar cuidado para não cair numa armadilha. Só porque a vida é coerente com a segunda lei da termodinâmica, isso não significa que a segunda lei explica a vida. Ela certamente não explica. Infelizmente, muitos cientistas competentes sucumbiram a essa falácia. Ainda temos de demonstrar como a troca de entropia com o ambiente produz o tipo muito específico de ordem representado pelos organismos biológicos. Especificar simplesmente uma fonte de energia útil não oferece por si só uma explicação de como se dá o processo de ordenação. Para tanto, é preciso identificar os mecanismos exatos que vão ligar o depósito de energia disponível aos processos biologicamente relevantes. Negligenciar essa parte da história é um pouco como proclamar que a função dos refrigeradores está explicada quando encontramos uma tomada elétrica.

Como corresponde ao equilíbrio, o estado de máxima entropia é estável. Inversamente, o estado de desequilíbrio termodinâmico é instável; os processos naturais querem impelir a entropia até seu ponto máximo. Entretanto, na prática talvez haja barreiras que impedem a segunda lei de impor a sua vontade. Por exemplo, uma mistura de vapor de gasolina e ar não é um estado de máxima entropia. Os dois gases gostariam de reagir para formar substâncias mais estáveis e liberar calor, aumentando assim a entropia. Em condições normais, essa reação é bloqueada: uma barreira química a impede de acontecer espontaneamente. É preciso uma faísca para provocar a reação. Os estados que têm uma estabilidade frágil desse tipo são chamados metaestáveis. A mistura de vapor de gasolina e ar é um exemplo de estado metaestável. Outro exemplo é um lápis apoiado sobre sua extremidade chata. É preciso um pequeno empurrão para derrubá-lo — ao contrário de um lápis equilibrado sobre sua ponta, que é completamente instável.

O conceito de metaestabilidade é absolutamente crucial para o sucesso da vida. Os organismos vivos obtêm a sua energia útil de reações químicas, mas não conseguiriam realizar essa operação se processos inorgânicos tivessem antes interrompido o processo e desperdiçado a energia. Assim, a vida está sempre à espreita de fontes metaestáveis de energia útil que possam ser exploradas. Os animais adquirem a sua energia queimando material orgânico, fazendo uso da mesma metaestabilidade básica da mistura gasolina-ar.

Como veremos, alguns micróbios extraem energia tentando encontrar caminhos químicos que nem os químicos teriam imaginado.

Para terem acesso às fontes metaestáveis, os organismos têm de superar as barreiras de ativação que frustram a liberação inorgânica da energia. É o que fazem por meio de estratégias inteligentes, como o uso de enzimas para catalisar reações que do contrário aconteceriam de forma extremamente lenta. Outro de seus truques é empregar moléculas energizadas para adicionar o equivalente da faísca que inflama a gasolina. Como as reações químicas se processam em ritmos extremamente diferentes em circunstâncias diferentes, os organismos podem controlar a liberação de energia, soltando pequenas doses quando e onde forem necessárias. Esse fato faz da química a base ideal para a biologia, mas em princípio a vida poderia funcionar usando qualquer fonte de energia metaestável. Os escritores de ficção científica especularam sobre uma vida baseada em plasma ionizado ou em processos nucleares. Embora isso seja teoricamente possível, a simples variedade e versatilidade - das reações químicas deve tornar a vida química certamente a melhor aposta.

DE ONDE VEM A INFORMAÇÃO BIOLÓGICA?

A guerra moderna depende fortemente de comunicações confiáveis. As linhas telefônicas e as ligações de rádio desempenham há muito tempo um papel crucial no comando e controle militar. Entretanto, esses dois canais de comunicação são sujeitos a interferência de sinais, como sabe muito bem qualquer pessoa que já tentou retransmitir instruções por meio de um telefone celular fora da área de alcance. Durante a Segunda Guerra Mundial, o Exército dos Estados Unidos encomendou um estudo sobre os princípios da comunicação a Claude Shanon, um pesquisador dos Laboratórios Bell. Os resultados de sua análise foram publicados em 1949 com o título The mathematical theory of communication, e o livro logo se tornou um clássico.8

A teoria de Shanon gira em torno de uma ligação direta entre a informação e a entropia. Imagine-se falando com um amigo numa linha telefônica com zumbidos. Não é preciso dizer que o ruído de fundo jamais acrescenta alguma coisa à conversa, embora possa impedi-lo de receber uma informação. A grande percepção de Shanon foi detectar que o ruído é uma forma de desordem, ou entropia. Em oposição, um sinal representa ordem: comparem-se os pontos e traços cuidadosamente combinados do código Morse com os estalidos da estática do rádio. Na teoria de Shanon, a informação é tratada como o oposto da entropia; por essa razão, a informação é sempre referida como entropia negativa. Quando a informação se perde num canal de comunicação barulhento, a entropia aumenta. Esse é, portanto, outro exemplo da ubíqua segunda lei da termodinâmica. Assim, a degradação do sinal pode ser considerada de dois modos equivalentes: como ruído invadindo o canal, ou como vazamento de informação. Essa nova forma de ver a entropia pode ser aplicada de modo geral aos sistemas físicos. Pode-se pensar na segunda lei como um aumento de entropia ou como um declínio no conteúdo de informação do sistema.

As ideias de Shanon têm aplicação óbvia para os organismos biológicos, pois a informação é uma de suas propriedades definidoras. O DNA armazena a informação necessária para construir e operar o organismo. Assim, um aspecto do mistério da ordem biológica pode ser expresso pela pergunta: De onde vem a informação biológica? A teoria da comunicação — ou teoria da informação, como é conhecida hoje em dia — afirma que o ruído destrói a informação, e que o processo inverso, a criação de informação pelo ruído, nos pareceria um milagre. Uma mensagem aparecer por conta própria na estática do rádio seria tão surpreendente quanto a maré criar pegadas na praia. Estamos de volta ao velho problema: a segunda lei da termodinâmica insiste que a informação não pode surgir espontaneamente, assim como o calor não pode fluir do frio para o quente.

A solução para o problema pode ser encontrada mais uma vez no fato de que um organismo não é um sistema fechado. O conteúdo de informação de uma célula viva pode aumentar, se a informação nos seus arredores decrescer. Outra maneira de expressar esse fato é dizer que a informação flui do ambiente para dentro do organismo. Isso é essencialmente o que Schrödinger queria dizer quando afirmou que um organismo se sustenta “bebendo ordenação”. A vida evita a decomposição de acordo com a segunda lei da termodinâmica importando informação, ou entropia negativa, de seus arredores. A fonte da informação biológica é, portanto, o ambiente do organismo.

Tanto o metabolismo como a reprodução são realizados pelo fluxo de informação do ambiente para o biossistema. Os alimentos contêm energia ordenada ou útil, rica em informação; pense nas complexas moléculas orgânicas como pequenos trechos de código Morse. O calor do corpo é energia gasta, pobre em informação, como uma linha telefônica que apenas zumbe. Assim a segunda lei cobra o seu imposto, mas apesar disso o organismo cresce concentrando a informação dentro de si e exportando a entropia. No caso da reprodução, o conteúdo de informação do DNA muda muito mais lentamente — no período de muitas gerações — como resultado de mutações aleatórias. As mutações são o equivalente biológico do ruído numa linha telefônica. O “sinal” é o DNA recém-cunhado. As mutações bem-sucedidas são aquelas mais adaptadas ao seu ambiente, sendo portanto o ambiente que fornece, ou mais precisamente seleciona, a informação que chega no DNA. Assim o ambiente introduz a informação na mensagem genética via seleção natural.9

Compreender a luta pela existência em termos de fluxo e refluxo de informação propõe uma questão curiosa. As mutações são boas ou más notícias? Se a replicação do genoma fosse completamente fiel, a vida nunca poderia se adaptar às circunstâncias variáveis, e a extinção seria o fim inevitável. Por outro lado, havendo um número demasiado grande de erros de cópia, a mensagem genética seria diluída e acabaria se perdendo. Para ter sucesso, uma espécie precisa atingir um ponto de equilíbrio entre um número demasiado grande e um demasiado pequeno de mutações.

Podemos observar essa solução de compromisso agindo em nossas próprias vidas. Quando eu tinha sete anos, uma tia idosa morreu de tuberculose. Foi a primeira vez em que ouvi falar da outrora tão temida tísica pulmonar, ou TB, e foi também a última vez por muito tempo. Mesmo no início da década de 1950, a morte por essa peste tão antiga estava se tornando rara na Grã-Bretanha, e devia diminuir rapidamente na década seguinte até atingir proporções quase desprezíveis. A descoberta do antibiótico estreptomicina em 1943, e o uso subseqoente da vacina BCG, eliminaram efetivamente a TB como questão de saúde pública. Até recentemente. De repente, a tuberculose está de volta aos jornais como a mais nova doença fatal resistente às drogas. Junto com novas formas de salmonela, gonorreia e pneumonia, a tuberculose ameaça se tornar mais uma vez um importante risco na área da saúde. O que está acontecendo?

Parte da resposta está na maneira como as bactérias podem mudar muito rapidamente. Isso, combinado com a sua capacidade de se multiplicar com grande velocidade, quase garante que elas vão passar a perna em todas as drogas com que a profissão médica as ataca. Tão rapidamente quanto os pesquisadores produzem um novo antibiótico, as bactérias patogênicas já pulam um passo adiante.

A briga entre os médicos e as bactérias é um bom exemplo da evolução darwiniana em funcionamento. Embora a situação das doenças infecciosas seja complicada por vários fatores médicos, pode-se discernir um princípio simples no processo de replicação subjacente. Como expliquei, os erros na transmissão da informação são como o ruído, ou a entropia, num canal de comunicação. O ruído faz com que a informação se perca — nesse caso a informação genética. A essa degradação da mensagem genética se contrapõe a seleção natural, que serve como uma fonte de informação. Se o ambiente não pode repor no genoma, via seleção natural, a informação que se perdeu, os erros vão acabar por se acumular a ponto de atrapalhar o próprio processo de replicação, e a reprodução vai cessar. Essa situação desastrosa, que é apenas mais um exemplo da segunda lei da termodinâmica em operação, foi chamada “a catástrofe dos erros” pelo bioquímico alemão Manfred Eigen.

Podemos quantificar a catástrofe dos erros perguntando quantos bits de informação existem num organismo, e quantos podem se perder antes que aquela linhagem particular sucumba. Eigen demonstrou que quanto maior for o número de genes no organismo, tanto mais baixa deve ser a taxa de erro para evitar a catástrofe dos erros, numa proporção simples. Em outras palavras, cópias malfeitas matam os organismos complexos. Um organismo superior tem cerca de 100 mil genes, capazes de armazenar cerca de 100 milhões de bits de informação, cada um dos quais pode estar sujeito a erros de cópia. Numa estimativa grosseira, se a taxa de erro for menor que um em 100 milhões por replicação, a catástrofe dos erros será evitada. Em oposição, as bactérias, que têm muito menos genes, podem se safar com taxas de erro muito mais altas. A natureza parece conhecer a regra de Eigen. Células como as nossas conseguem baixar a sua taxa de erro até cerca de 1 em 1 bilhão, ao passo que para as bactérias ela é muito mais elevada — cerca de 1 em 1 milhão. Disso resultam os problemas com as mutações resistentes às drogas. Para um vírus, que tem ainda menos genes, a taxa de mutação pode ser ainda mais elevada. A taxa de erro ótima para uma determinada espécie estará normalmente logo abaixo da catástrofe dos erros, pois isso oferece uma solução de compromisso entre a estabilidade e a flexibilidade.

A catástrofe dos erros tem importância crucial para o problema da biogênese. Nos organismos modernos, empregam-se mecanismos sofisticados de revisão e correção de erros para manter a taxa de erro baixa. As células podem recorrer à colaboração de uma série de enzimas, desenvolvidas ao longo de bilhões de anos, para refinar o processo de cópia. Não havia essas enzimas para os primeiros organismos. A sua replicação deve ter sido extremamente sujeita a erros. Segundo a regra de Eigen, isso significa que os genomas dos primeiros organismos (ou os replicadores prebióticos) devem ter sido muito curtos, para evitar a catástrofe dos erros. Mas nesse ponto esbarramos em um paradoxo. Se é demasiado curto, o genoma não pode armazenar informação suficiente para construir o próprio mecanismo de cópia. Eigen acredita que até o equipamento de replicação mais simples requer muito mais informação do que aquela que se poderia acomodar numa sequência primitiva de ácido nucléico.10 A fim de atingir o comprimento adequado para codificar as enzimas de cópia necessárias, o genoma corre o risco de se enredar na própria catástrofe dos erros que está tentando combater. Dito de forma simples: os genomas complexos exigem mecanismos de cópia confiáveis, e estes mecanismos requerem genomas complexos. Assim, o que veio primeiro? Esses paradoxos do tipo ovo-galinha são típicos dos problemas da biogênese, como veremos no capítulo 5.

Até agora tenho sido um pouco descuidado com o uso do termo informação. Os cientistas da computação traçam uma distinção entre a sintaxe e a semântica. A informação sintática é composta simplesmente de dados brutos, talvez combinados de acordo com as regras da gramática, enquanto a informação semântica tem algum tipo de contexto ou significado. Ainformação per senão precisa significar nada. Os flocos de neve contêm informação sintática no arranjo específico de suas formas hexagonais, mas esses padrões não têm nenhum conteúdo semântico, nenhum significado além da estrutura em si. Em oposição, a característica distintiva da informação biológica é estar repleta de significado. O DNA armazena as instruções necessárias para construir um organismo que funciona; é um esquema ou um algoritmo para um produto especificado e predeterminado. Os flocos de neve não codificam, nem simbolizam nada; já os genes definitivamente o fazem. Para explicar plenamente a vida, não basta identificar uma fonte de energia livre, ou entropia negativa, que forneça a informação biológica. Temos de compreender também como é que surge a informação semântica. O mistério real não é a mera existência da informação, mas a sua qualidade. Toda aquela história sobre o conflito com a segunda lei da termodinâmica era sobretudo uma pista falsa.

A fonte da informação semântica só pode ser o ambiente do organismo, mas isso propõe, para começar, a questão de como a informação surgiu no ambiente. Certamente ela não se acha no ambiente, como fragmentos de um esquema preexistente, à espera de que a natureza a reúna. O ambiente não é um projetista inteligente. Assim, o que sabemos sobre o conteúdo de informação do próprio ambiente? Na verdade, a que se refere “o ambiente”? Ao hábitat do organismo? À biosfera? Ao sistema solar? No final, o ambiente é todo o universo. Seguindo a cadeia de causalidade, o problema se torna uma questão de cosmologia. Somos então confrontados com a questão definitiva: De onde vem o conteúdo de informação do universo?

A BRECHA DA ENTROPIA: A GRAVIDADE COMO MANANCIAL DE ORDEM

Darwin certa vez censurou aqueles que especulavam sobre a origem da vida retrucando que se poderia igualmente especular sobre a origem da matéria. Hoje em dia, os físicos e os cosmólogos acham que sabem como a matéria se originou, e torna-se extremamente revelador comparar o processo com a biogênese. O universo observável contém cerca de 10^50 toneladas métricas de matéria, e o problema de onde veio toda essa matéria atormentou a cosmologia durante muitos anos. Os primeiros críticos da teoria do Big Bang objetavam corretamente à suposição de que toda essa matéria simplesmente surgiu no começo do tempo sem nenhuma razão aparente. A ideia de que o universo se originou com a matéria necessária já existente, ab initio, parecia a muitos totalmente não científica.

Mas havia uma saída à mão. Os físicos descobriram há muito tempo que partículas de matéria podem ser criadas, se houver uma concentração suficiente de energia, um processo que pode, de fato, ser demonstrado no laboratório usando-se grandes aceleradores. Infelizmente, isso não resolvia completamente o problema cosmo- lógico, uma vez que apenas propunha a questão de onde surgiu, em primeiro lugar, a energia necessária para criar o material cosmoló- gico. A pressuposição de que a energia do universo era simplesmente “dada”, isto é, existente desde o início, não era um aperfeiçoamento da pressuposição de que a matéria já existia desde o início. Assim mantinha-se um elemento de milagre, de algo-por- nada, na teoria do Big Bang.

Na década de 1980, o enigma da fonte de energia cósmica foi resolvido. Descobriu-se que a energia total do universo poderia ser na verdade zero, sendo, portanto, um caso de nada-por-nada. A razão de o universo poder ter energia zero e ainda assim conter 10^50 toneladas métricas de matéria se deve ao fato de seu campo gravi- tacional ter energia negativa — um conceito peculiar relacionado ao que tenho para dizer mais adiante. As somas mostram que as duas contribuições podem se anular exatamente com resultado zero. Descobriu-se um mecanismo convincente para explicar como a energia positiva era canalizada para dentro da matéria, e uma quantidade igual de energia negativa entrava no campo gravi- tacional. Assim, com efeito, toda a matéria cósmica foi na verdade criada de graça! Uma vez que os cosmólogos perceberam esse fato, tornou-se plausível supor que o universo tenha começado com o espaço ainda vazio; toda a matéria apareceu mais tarde (mas ainda bastante rapidamente) como resultado de um processo físico natural. A nova teoria foi considerada superior e mais científica, porque eliminava a necessidade de postular o surgimento sobrenatural da matéria no início do tempo.

Voltando agora ao problema da biogênese, encontramos uma estranha inversão de sentimento. Precisamos agora explicar, não a origem do objeto material, mas a origem da informação. Embora sejaboa ciência procurar um processo físico para gerar matéria, considera-se extremamente não científico pensar num processo que gera informação. A informação não é algo que deva surgir de graça (como a matéria cósmica). A informação é algo que exige esforço de nossa parte. Isso é realmente apenas a segunda lei da termodinâmica revisitada, porque o surgimento espontâneo da informação no universo seria equivalente a uma redução da entropia do universo— uma violação da segunda lei, um milagre. Ora, o fato de que o universo contém informação é inegável (porque ele não está em equilíbrio termodinâmico). Se a informação não pode ser criada, já devia existir no início, isto é, como parte dos insumos iniciais. A conclusão a que somos induzidos é que o universo surgiu repleto de informação, ou entropia negativa, desde o grito de partida.

O que as observações astronômicas dizem sobre o conteúdo de informação do universo primitivo? Aqui fazemos uma descoberta muito curiosa. Uma das evidências mais convincentes da teoria do Big Bang é a existência de um fundo universal de radiação térmica, que parece ser uma espécie de reflexo tardio do nascimento flamejante do universo. Essa radiação tem viajado pelo espaço, mais ou menos sem ser perturbada, desde momentos depois do Big Bang. Fornece, portanto, um instantâneo de como era o universo perto do seu início. As medições de satélites têm determinado que o espectro da radiação térmica cósmica corresponde precisamente a um estado de equilíbrio termodinâmico. Mas o equilíbrio termodinâmico é um estado de máxima entropia que, via a conexão de Shanon, implica um mínimo de informação. Na verdade, basta dar apenas um bit de informação (a temperatura) para caracterizar completamente um estado de equilíbrio termodinâmico, por isso, se podemos nos guiar pela radiação térmica cósmica de fundo, o universo começou com quase nenhum conteúdo de informação.

Parecemos estar diante de uma contradição perturbadora. A segunda lei proíbe que o conteúdo de informação total do universo aumente à medida que ele se desenvolve, mas, pelo que sabemos sobre o universo primitivo, ele continha muito pouca informação. Assim, de onde veio a informação presente no universo atual? Outra maneira de expressar o problema é em termos de entropia. Se o universo começou próximo ao equilíbrio termodinâmico, ou máxima entropia, como atingiu o seu presente estado de desequilíbrio, dado que a segunda lei proíbe que a entropia total diminua?

A resposta a esse enigma é agora bem conhecida: provém de um estudo cuidadoso da gravitação. Para compreender como a gravitação cria uma diferença para a termodinâmica, vamos pensar num frasco de gás a uma temperatura uniforme. Se não for perturbado, o gás nada vai realizar, isto é, vai permanecer em equilíbrio. Mas vamos supor que a massa de gás seja tão grande (do tamanho de uma nuvem interstelar, digamos) que a gravitação se torne importante. Já não é mais verdade que nada acontece. O sistema é agora instável. O gás vai começar a se contrair, e blocos de material mais denso vão se acumular aqui e ali. Nos centros dos blocos, a contração vai aquecer o gás. Vão se formar gradientes de temperatura, e o calor vai fluir. Numa verdadeira nuvem interstelar, estrelas vão se formar. O fluxo de radiação térmica de uma dessas estrelas — o Sol — é a fonte da energia livre, ou entropia negativa, que impulsiona toda a vida na superfície da Terra através da fotossíntese. Dessa forma, sob a ação da gravitação, um gás supostamente em equilíbrio termodinâmico a uma temperatura uniforme e em máxima entropia passa, ainda assim, por outras mudanças, o que faz com que o calor flua e a entropia aumente ainda mais. Portanto, a instabilidade gravitacionalmente induzida é uma fonte de informação.

É evidente que a gravitação muda as regras do jogo de modo profundo. Não se pode considerar que um sistema em que a gravitação se faz sentir esteja num estado de verdadeiro equilíbrio termodinâmico, ou máxima entropia, só porque está a uma temperatura e a uma densidade uniformes. As aparências enganam. Uma nuvem uniforme de gás ainda tem muita energia livre para liberar via processos gravitacionais. Mesmo a uma temperatura uniforme, o gás está num estado de baixa entropia. Quando se trata de cosmologia, a gravitação é a força predominante, por isso não podemos ignorar seus efeitos termodinâmicos. Isso significa que não podemos concluir, a partir da existência de um fundo uniforme de radiação térmica, que o universo primitivo estava de fato num estado de equilíbrio termodinâmico.

Assim como a vida parece ir “na direção errada” termodinamicamente, a gravitação também vai “na direção errada”.11 Um gás uniforme se transforma em algo informe e complexo. A ordem aparece espontaneamente. Em termos informacionais, tudo parece estar de trás para a frente. Um gás uniforme, pela sua própria simplicidade, pode ser descrito com muito pouca informação, ao passo que um aglomerado de estrelas ou uma galáxia requerem muita informação para serem descritos. De algum modo ainda mal compreendido, existe evidentemente uma imensa quantidade de informação oculta no campo gravitacional homogêneo de um gás uniforme e sem traços característicos. À medida que o sistema evolui, o gás sai do estado de equilíbrio, e a informação flui do campo gravitacional para a matéria. Parte dessa informação acaba nos genomas dos organismos, como informação biológica.

Considerando-se o universo como um todo, a distribuição inicialmente homogênea do gás espirrado no momento do Big Bang lentamente se transformou em manchas de gás mais quente e mais frio, acabando por se dispor em protogaláxias brilhantes rodeadas pelo espaço vazio. As protogaláxias por sua vez formaram estrelas cintilantes. A expansão do universo ajudou a alimentar o contraste térmico crescente, porque à medida que o universo se expandia, a sua temperatura de fundo caía. As estrelas quentes foram então capazes de irradiar mais vigorosamente no espaço frio. O resultado desses processos gravitacionais foi que se abriu uma brecha de entropia no universo, uma brecha entre a entropia real e a máxima entropia possível. O fluxo da luz estelar é um processo que tenta fechar essa brecha, mas na verdade todas as fontes de energia livre, inclusive a energia química e térmica no interior da Terra, podem ser atribuídas a essa brecha. Assim toda a vida se alimenta da brecha de entropia que a gravitação criou. A fonte última de informação e ordem biológica é a gravitação.

Fazer a fonte de informação remontar à gravitação e ao estado homogêneo do universo pouco depois do Big Bang ainda nos deixa com o problema da semântica. Como foi que surgiu a informação significativano universo? Esse mistério está intimamente relacionado com a origem da complexidade, outro fator definidor da vida. Os cientistas estão divididos quanto a saber se a complexidade se comporta como matéria ou como informação, isto é, se a complexidade global do universo permanece a mesma ou não. Alguns pesquisadores estão convencidos de que há leis da complexidade. Se existem, essas leis talvez descrevam como um estado simples pode evoluir naturalmente para um estado mais complexo, talvez até para um estado que contenha informação semântica. Esse processo é frequentemente chamado de autocomplexificação ou auto-organização, e terei mais a dizer sobre ele nos próximos capítulos. Outros cientistas argumentam que não se pode fazer a complexidade surgir como por encanto do meio do ar; um sistema complexo só pode ser criado por outro sistema pelo menos tão complexo. Mas a complexidade gravitacional dá o que pensar, porque ela de fato surge naturalmente de um estado inicial simples.

Sendo a gravitação uma força tão fraca, é difícil compreender como ela pôde desempenhar um papel direto em processos bioquímicos. Entretanto, têm se apresentado sugestões nessa linha de pensamento. Roger Penrose, matemático de Oxford e especialista mundial na teoria da gravitação, tem especulado que a gravidade pode afetar as biomoléculas através de processos quânticos.12 O físico matemático Lee Smolin também comparou os temas da vida e da gravitação em seu recente livro The life of the cosmos. Ele desenvolve uma analogia entre o comportamento de ecossistemas e de galáxias espirais. Inspirando-se em modelos computacionais de auto-organização, Smolin encontra paralelos próximos nos processos de retroalimentação e formação de padrões em aglomerados de estrelas e na biologia. Ele acredita que a vida faz parte de uma “hierarquia multinivelada de sistemas auto-organizados que começa com as nossas ecologias locais e estende-se para níveis superiores, até pelo menos a galáxia”.13

Se essas ideias de Penrose e Smolin estão corretas — e deve-se dizer que são muito especulativas — elas talvez revelem uma conexão entre as qualidades de “direção errada”, termodinamicamente, que caracterizam tanto os sistemas gravitacionais quanto os biológicos. Seria então o caso de a explicação da origem da vida estar profundamente ligada à origem do próprio universo.

No mesmo espírito especulativo, gostaria de apresentar algumas ideias próprias. O conceito de informação aflora em muitos contextos científicos diferentes, não apenas na biologia e na termodinâmica, mas na computação e também em outros ramos da física. Na mecânica quântica, por exemplo, os aspectos onda da matéria são descritos por um objeto matemático conhecido como função de onda, que representa tudo o que se conhece sobre o sistema que está sendo descrito, isto é, representa o conteúdo de informação do estado. Terei mais a dizer sobre esse tópico no capítulo 10. Agora desejo simplesmente observar que a característica distintiva da função de onda é a sua chamada não-localidade — ela está espalhada pelo espaço e descreve ligações misteriosas entre partículas amplamente separadas, ligações que Einstein chamou de “ação fantasmagórica à distância”. Em outras palavras, a função de onda, e o seu conteúdo de informação, é uma entidade global, e não uma quantidade local como o momento, a energia ou a carga elétrica.14

Na teoria da relatividade, a informação surge mais uma vez, mas num contexto muito diferente e muito curioso. Diz-se frequentemente que a teoria da relatividade proíbe que qualquer coisa viaje a uma velocidade superior à da luz. Isso não é verdade. Ela permite que partículas viajem a uma velocidade superior à da luz (essas partículas hipotéticas são chamadas táquions). O que é proibido pela teoria é a transmissão de informação a uma velocidade superior à da luz. O problema é que se A pode transmitir um sinal a B a uma velocidade superluminal, é fácil delinear um dispositivo que pode enviar sinais para o passado, e com isso criar paradoxos de causalidade clássicos.15 Esses paradoxos não resultam da possibilidade da propagação superluminal em si: o ruído mais-veloz- que-a-luz não constitui ameaça à causalidade, porque é desprovido de informação. Mas sinais mais-velozes-que-a-luz (isto é, informação) são profundamente paradoxais. Por exemplo, imagine-se que o dispositivo de controle por rádio que abre a porta da minha garagem fosse capaz de transmitir o seu sinal para o passado, digamos, para o dia de ontem. Eu poderia então colocar o dispositivo numa bomba ativada por rádio, programada para explodir se recebesse um sinal do futuro. O que aconteceria, se eu apertasse o botão amanhã? A bomba explodiria hoje, estragando o dispositivo e impedindo-me de ativá-lo amanhã. Mas se eu não o ativar amanhã, a bomba não explodirá. Os paradoxos desse tipo são muito familiares aos aficionados de ficção científica. Ora, em princípio, o gatilho para a bomba não precisa ser um sinal de rádio complicado; pode ser apenas uma única partícula quântica do transmissor, desde que o sistema esteja apropriadamente organizado para reagir ao sinal. Em outras palavras, se o sistema é construído de tal maneira que a partícula em questão seja um sinal para explodir a bomba, encontramos um paradoxo. Mas a partícula em si é indistinta—uma partícula é uma partícula. Ela torna-se o gatilho para uma bomba, e um paradoxo, se passar informação do transmissor para o receptor. Quer dizer, é o contexto em que a partícula retrocede no tempo que produz o problema. E o contexto é um conceito global. A partícula não pode por si só denunciar se está enviando informação ou não; não há nenhuma qualidade a ela ligada localmente (como acontece, por exemplo, com a carga elétrica) que diga: “Eu possuo informação”.

Assim, tanto a mecânica quântica como a relatividade sugerem que a informação é antes uma quantidade física global que local. Não se pode simplesmente inspecionar uma posição no espaço e detectar informação. O que vemos — uma partícula, por exemplo — só se torna informação num contexto global apropriado. Entretanto, não é uma questão trivial ou puramente semântica determinar se a partícula representa ou não informação. Pode ter consequências físicas dramáticas, como o exemplo da bomba vividamente demonstra.

Como é que tudo isso se relaciona com a origem da vida? A sugestão é que não seremos capazes de descobrir a origem da informação biológica na operação de forças e leis físicas locais. Em particular, a afirmação frequentemente repetida de que a vida está escrita nas leis da física não pode ser verdadeira se essas leis estiverem restritas ao tipo normal, que descreve ação localizada e forças próximas. Devemos procurar a origem da informação biológica em alguma espécie de contexto global. Esse pode vir a ser apenas o ambiente em que ocorre a biogênese. Por outro lado, pode envolver algum tipo não local de lei física, ainda não reconhecida pela ciência, que entrelace explicitamente a dinâmica da informação com a dinâmica da matéria.

3. Emergindo do lodo

Você expressou muito corretamente a minha opinião, quando disse que eu intencionalmente deixara de investigar a questão da Origem da Vida por ser totalmente ultra vires no presente estado do nosso conhecimento.

Charles Darwin^1

O conde Mountbatten da Birmânia, falecido primo da rainha Elizabeth n, gostava de afirmar que podia rastrear a sua linhagem real até um tempo anterior à Conquista Normanda de 1066. Era uma bazófia impressionante. Um tal pedigree certamente nos põe a nós, cidadãos comuns, no seu devido lugar. Ou não?

Mil anos de história abrangem cerca de quarenta gerações. Cada um de nós tem dois pais, quatro avós e oito bisavós. A cada geração que se recua, o número de ancestrais dobra. Usando essa regra, há quarenta gerações eu teria tido 2^40 ou cerca de 1 trilhão de ancestrais. É muito mais que todas as pessoas que já viveram na Terra, por isso algo deve estar errado com a aritmética.

O erro é pressupor que os antepassados se desdobravam para sempre no passado, como sugerem as árvores genealógicas. Na realidade, quando se traça a árvore genealógica passado adentro, em algum ponto as linhas começam a se cruzar e recruzar. Os genes e o sangue real estão difundidos pelo planeta, tornando-nos todos primos distantes. Eu também tenho sangue real nas minhas veias; só que, ao contrário de lorde Mountbatten, não tenho a documentação necessária para prová-lo.

Pensar um pouco mais sobre as árvores genealógicas nos leva a uma conclusão ainda mais estranha. Elas não só deixam de se desdobrar para sempre no passado, mas em certo ponto devem começar a convergir. Há 100 mil anos, havia apenas um punhado de Homo sapiens no planeta, dos quais descenderam todas as pessoas vivas hoje em dia, sem exceção. Por extrapolação, essa convergência vai terminar num único ancestral hominídeo. (Pela linha de filiação feminina, esse ancestral é popularmente conhecido como a Eva Africana, porque parece provável que ela tenha vivido na África.) Além disso, o que vale para os humanos vale igualmente para as outras espécies. Partilhamos quase todos os nossos genes com os chimpanzés, por exemplo. Alguns milhões de anos antes de a Eva Africana caminhar pela savana, um ancestral comum de todos os macacos e humanos vivia em algum lugar na floresta africana. E assim por diante, ao se retroceder no tempo. Quanto mais longe se esmiúça o passado, tanto mais inter-relacionadas serão as espécies que agora são muito distintas. Há meio bilhão de anos, eu tinha um peixe como ancestral. Há 2 bilhões de anos, todos os meus ancestrais eram micróbios.

Um raciocínio semelhante se aplica a todos os organismos, inclusive ao arbusto ao lado do meu escritório, ao passarinho que dá bicadas na janela e aos cogumelos sobre o gramado. Se pudéssemos seguir as suas árvores genealógicas passado adentro, seus ramos separados acabariam por se enredar e unir. Podemos imaginar uma árvore genealógica de todos os seres vivos hoje em dia, uma espécie de superárvore da vida. No final, os ramos dessa supe- rárvore também devem convergir, não apenas um pouco, mas completamente; convergir até se estreitarem para formar um tronco central. Esse tronco antigo representa um único organismo primitivo, o ancestral comum de toda a vida terrestre, um Adão microbiano cujo destino foi povoar o planeta com uma imensa progénie. Mas como foi que surgiu esse organismo minúsculo, esse gerador de 1 bilhão de espécies? Onde é que vivia, e quando? E o que havia antes dele?

A ÁRVORE DA VIDA

Na primavera e no verão de 1837, recém-chegado de sua viagem no HMS Beagle, Charles Darwin começou a grandiosa síntese de sua pesquisa que devia se tornar a sua célebre teoria da evolução. Na metade de julho, os pensamentos de Darwin ainda estavam dispersos, e o seu estado de espírito era de busca confusa às cegas. Num caderno de anotações, entre muitos rabiscos de tentativas e apontamentos desvairados, ele fez um esboço simples que devia captar com uma penada o alcance conceituai da teoria que se formava lentamente na sua mente. O desenho era o de uma árvore “com ramos irregulares”, visando a transmitir a história genealógica de plantas e animais: uma árvore da vida.2 Como metáfora era brilhante, transmitindo a noção essencial de que a vida se originou no passado vago e distante por meio de um acontecimento único e espontâneo. Desse único ancestral comum—o tronco da árvore — a vida então se diversificou ao longo do tempo por sucessivas ramificações, com novas espécies separando-se das antigas. As pontas dos ramos representam as extinções, como os dinossauros e o dodo.

A existência de um tronco solitário foi uma conjectura. Darwin não gostava da noção “excessivamente complicada” de a vida estar constantemente surgindo, criando uma enredada floresta da vida em lugar de uma única árvore. Hoje em dia, os biólogos insistem que a conjectura de Darwin estava basicamente correta: a vida sobre a Terra descendeu de um único ancestral comum.

O que os torna tão seguros? Há várias razões excelentes para acreditar num ancestral universal. Para início de conversa, todo organismo conhecido partilha um sistema físico e químico comum. Os caminhos metabólicos da célula — o modo como ela cresce, que moléculas fazem o quê e quando, o modo como a energia é armazenada e liberada, onde as proteínas são criadas e o que elas fazem — são basicamente os mesmos por toda parte. O modo como uma célula registra a informação genética e a reproduz é também comum a toda a vida. Talvez a evidência mais convincente de uma origem comum seja o fato de as instruções genéticas serem implementadas usando um código universal (ver capítulo 4). É demasiado difícil acreditar que todas essas características complexas e altamente específicas tivessem surgido independentemente muitas vezes. O mais provável é que elas reflitam propriedades já presentes numa célula ancestral universal, herdadas pelos seus descendentes.

A evidência de um ancestral comum provém igualmente da questão curiosa da preferência molecular pela esquerda ou pela direita, conhecida tecnicamente como quiralidade. A maioria das moléculas orgânicas não são simétricas, isto é, as suas imagens especulares têm aparências diferentes, assim como a mão esquerda difere da direita (elas têm “quiralidade oposta”). Por exemplo, o DNA é enrolado como uma hélice de rotação à direita: a sua imagem especular é uma hélice de rotação à esquerda. Entretanto, as forças que unem as moléculas não fazem distinção entre esquerda e direita. Nenhuma lei da natureza proíbe a existência de uma molécula de DNA orientada para a esquerda, mas ninguém jamais encontrou uma molécula desse tipo. O mesmo acontece com muitas outras moléculas orgânicas; a mesma quiralidade, esquerda ou direita, é comum a todos os seres vivos. Isso sugere que toda a vida descende de uma única célula ancestral que continha moléculas com as qui- ralidades específicas encontradas hoje em dia.

É importante não confundir o último ancestral comum com o primeiro ser vivo. Para tornar esse ponto claro, a Figura 3.1 mostra, muito esquematicamente, a árvore da vida em seu aspecto atual. Partindo de qualquer lugar ao longo de um ramo, pode-se traçar um caminho de volta ao tronco central. Note-se que a maioria dos ramos inferiores, que representam a vida de muito tempo atrás, terminou. Na verdade, mais de 99% de todas as espécies que já existiram estão agora extintas. Se começarmos no topo da árvore (que corresponde aos dias de hoje) e seguirmos os ramos até a mais recente origem comum, esse ponto pode muito bem estar não na base do tronco central, mas acima de alguns dos ramos inferiores. Esses ramos inferiores representam espécies extintas das quais todos os descendentes também estão extintos. São, quase literalmente, becos sem saída na árvore da vida.

A maioria dos becos sem saída era, sem dúvida, de criaturas semelhantes aos seres vivos existentes quanto à sua bioquímica básica. É concebível, entretanto, que algumas fossem células que empregavam processos exóticos que não se encontram em nenhuma das espécies vivas atuais. Por exemplo, talvez tenham existido micróbios que usavam um código genético diferente. Essas criaturas exóticas podem ter se visto em competição dura com o “nosso” tipo de vida, tendo sido levadas à extinção por não serem tão bem adaptadas. É também possível que não tenham morrido de todo. Talvez algum dia os biólogos esbarrem em micróbios estranhos num nicho inusitado em algum lugar da Terra, ou de Marte, que virão a ser descendentes sobreviventes de um desses ramos inferiores da árvore da vida. Esse Mundo Perdido microbiano daria aos cientistas uma oportunidade maravilhosa de estudar processos metabólicos ou genéticos do contrário obsoletos.

Curiosamente, o nosso próprio metabolismo pode conter restos inofensivos de um sistema bioquímico alternativo há muito tempo descartado pelos nossos antepassados, mas fatalmente retido pelos organismos agora extintos. Se isso for realmente verdade, teremos dentro de nossos próprios corpos a memória vaga de uma forma alternativa de vida que se tornou extinta há bilhões de anos. Essa ideia não é tão especulativa como pode parecer. Muitas células (inclusive as nossas) contêm pequenas subunidades conhecidas como mitocôn- drias. Acredita-se que essas estruturas sejam os vestígios de micróbios outrora independentes que invadiram células hospedeiras e nelas fixaram residência. É um processo chamado simbiose.

Para ver como a simbiose microbiana pode se realizar, imagine uma batalha típica entre bactérias. Os micróbios atacam e se devoram com a mesma crueldade dos leões e tubarões na sua luta pela sobrevivência. No nível bacteriano, entretanto, o processo de ingestão e o processo de infecção são realmente o mesmo — A acaba dentro de B. Se B ganha e A morre, chamamos o processo de ingestão; se A ganha e B morre, nós o chamamos de infecção. No entanto, pode acontecer que A e B cheguem a um empate e se acomodem: tanto A como B sobrevivem numa relação simbiótica. Elá muitos exemplos de simbiose na natureza, por exemplo, os parasitas úteis. Não precisamos procurar além de nosso aparelho digestivo, que está infestado de bactérias que nos ajudam a digerir os alimentos e, como resultado, têm elas próprias uma vida sadia. Não poderíamos viver sem essas bactérias, muito menos sem as mito- côndrias, que operam como unidades energizantes cruciais para as células.

A teoria de que as mitocôndrias eram outrora organismos independentes data de um século, mas foi defendida de forma muito persuasiva no final da década de 1960 por Lynn Margulis. Segundo a teo - ria, as mitocôndrias teriam inicialmente empregado os seus próprios processos metabólicos e reprodutivos, em coexistência pacífica com suas hospedeiras. Com o passar do tempo, entretanto, a evolução privou-as da maior parte de sua autonomia original, e suas atividades foram subjugadas à agenda da célula hospedeira. Mas as mitocôndrias ainda retêm parte de seu material genético original—uma lembrança vaga de sua antiga independência.

Desde que Margulis publicou sua teoria, têm aumentado as evidências que a confirmam. Atualmente parece que não só as mitocôndrias, mas também outras estruturas dentro das células, como os microtúbulos, os flagelos semelhantes a açoites e os pero- xissomos — glóbulos dentro das membranas que protegem as células contra o envenenamento por oxigênio — também poderiam ser vestígios de invasores bacterianos. Nas plantas verdes, os cloroplastos, que realizam a função vital da fotossíntese, descendem provavelmente das cianobactérias. Assim, alguns ramos da árvore da vida podem acabar se fundindo com outros em vez de terminar em becos sem saída.

OS TRÊS DOMÍNIOS DA VIDA

Quando eu estava na escola, aprendíamos que os seres vivos se dividiam em dois grandes reinos: as plantas e os animais. Algumas criaturas unicelulares como as amebas eram tratadas como animais rudimentares, enquanto as algas eram consideradas plantas simples.

Perguntas sobre as bactérias eram desencorajadas. Infelizmente, estávamos sendo enganados. Em 1937, introduziu-se um esquema de classificação melhor que dividia a vida em dois domínios bastante diferentes chamados procariotos e eucariotos. Os procariotos são organismos pequenos, unicelulares e relativamente primitivos que não possuem os núcleos das células e outras estruturas complicadas. Entre eles incluem-se as bactérias. Os eucariotos constituem o resto. Consistem em organismos unicelulares maiores e mais complexos como as amebas, além de todos os organismos multicelulares, que podem ser considerados como colônias de células eucariotas. Embora a grande proliferação da vida multicelular só tenha começado há 600 milhões de anos, os eucariotos lhe prepararam o caminho muito mais cedo.

A árvore desenhada na Figura 3.1 é puramente esquemática. Felizmente, pode-se elaborar uma versão mais quantitativa em que seja mostrado o grau das diferenças genéticas entre os ramos. Como uma célula está sujeita a erros de cópia quando se reproduz, células inicialmente idênticas podem se afastar, em termos genéticos, à medida que as mutações se acumulam com o passar do tempo. Se ocorrem mutações suficientes, surge uma nova espécie. Em geral, quanto maior o número de mudanças entre dois conjuntos de genes, mais afastadas se acham as espécies na árvore da vida. Por exemplo, os seus genes, leitor, são muito semelhantes aos meus, menos semelhantes aos de um macaco e ainda menos semelhantes aos de um cágado ou de uma ervilha. As diferenças na constituição genética podem ser medidas com bastante precisão usando técnicas de sequenciamento de genes e proteínas, e assim são computadas as posições relativas na árvore da vida.

O procedimento pode ser comparado com o estudo da evolução das línguas. Quando os vikings se estabeleceram originalmente na Islândia, falavam a mesma língua que seus antepassados escandinavos. Ao longo do tempo, entretanto, a falta de contato entre os colonizadores e o continente da Europa garantiu que o islandês divergisse da língua mateRNA a ponto de ser agora reconhecido como uma língua distinta. Mas se retrocedêssemos quinhentos anos, as diferenças não teriam sido tão grandes. O grau de divergência entre as duas línguas fornece assim a medida de há quanto tempo as duas nações vêm se desenvolvendo separadamente.

Há trinta anos, foi realizado um estudo de uma proteína chamada citocromo c, que é usada por muitos organismos, inclusive humanos. Explicando simplificadamente, todas as proteínas são feitas de unidades moleculares chamadas aminoácidos. O citocromo c contém cerca de cem aminoácidos de vinte variedades diferentes. Comparando as sequências dos aminoácidos no citocromo c tirado de espécies diferentes, pode-se fazer uma estimativa da distância evolucionária que percorreram afastando-se umas das outras. Para dar um exemplo concreto, o citocromo c humano é idêntico ao dos macacos resos exceto por um único aminoácido, mas há 45 diferenças entre o citocromo c dos humanos e o do trigo. Todo o mundo sabe que os humanos são mais intimamente relacionados com os macacos do que com o trigo; esse estudo mostra como quantificar a diferença. O ponto importante, entretanto, é que até espécies tão diferentes como os humanos e o trigo partilham uma certa estrutura em seus respectivos citocromos c, o suficiente para confirmar que temos um ancestral comum no passado remoto. De modo geral, quanto mais geneticamente distantes são duas espécies, há mais tempo divergiram na árvore da vida. Infelizmente não é uma questão simples converter a distância evolucionária em intervalos de tempo, pois as mutações não acontecem num ritmo uniforme pela história. É difícil determinar as datas dos momentos de ramificação.

No final da década de 1970, técnicas de sequenciamento estavam sendo aplicadas sistematicamente às proteínas e ácidos nucléicos tanto de micróbios como de espécies mais elevadas. Cari Woese, da Universidade de Illinois, foi um pioneiro nessa área, e os resultados que obteve causaram alguma sensação. Antes de Woese, os biólogos tinham naturalmente pressuposto que os procariotos precediam em alguns bilhões de anos os eucariotos. Isso daria aos procariotos a primazia de lugar no caule da árvore (conhecida) da vida, pois os eucariotos teriam surgido de ramificações de, digamos, 1 bilhão de anos atrás. Mas Woese demoliu essa pressuposição mostrando que a divisão ordeira da vida em dois domínios — os procariotos e os eucariotos — estava fundamentalmente errada. Ele descobriu que não há dois, mas três grandes domínios da vida. Descobriu que o rótulo simples de “procariotos” abrange duas classes de células geneticamente muito distintas, originalmente chamadas de eubactéria e arqueobactéria. Anteriormente as arqueobactérias tinham sido classificadas erroneamente como uma espécie de classe estranha das bactérias. Woese mostrou que, embora as arqueobactérias se pareçam superficialmente com as bactérias, em termos de sua bioquímica são tão diferentes quanto os humanos e a E. coli.

A pesquisa de Woese sugeria que os três domínios básicos — agora renomeados arquea, bactéria e eucaria — se dividiram há mais de 3 bilhões de anos, portanto a profunda trifurcação da árvore da vida é de fato muito antiga, tendo provavelmente ocorrido pouco depois do início da vida (ver Figura 3.2). Isso suscita imediatamente a questão importante e ainda não resolvida de como os três domínios estão situados na árvore da vida. O que se separou do quê em primeiro lugar? A evidência de sequenciamento mais recente, especialmente a dos trabalhos realizados por Karl Stetter da Universidade de Regensburg, na Alemanha, e por Norman Pace e Susan Barns da Universidade de Indiana,3 sugere que o mais provável é um desenho como o da Figura 3.3.

Os biólogos não têm dúvida de que os três domínios da vida surgiram de um ancestral comum. Apesar da presente divergência entre os domínios, o aparelho genético e metabólico básico é o mesmo, e eles partilham muitas características complicadas especializadas. É claro, portanto, que o ancestral comum já era um organismo muito complexo, e não uma entidade primitiva que acabara de surgir.

Apontei na última seção que o ancestral comum mais recente não é o mesmo que o primeiro ser vivo. Se o organismo ancestral que deu origem aos três domínios já era muito evoluído, ele deve estar bem acima da verdadeira base da árvore da vida.

O uso de técnicas de sequenciamento molecular tem revolucionado o estudo da microbiologia e está lançando nova luz sobre os mistérios dos primórdios da vida. Na verdade, faz uso dos fósseis moleculares que existem dentro de células vivas. Os resultados apontam uma história muito extensa para os três domínios da vida, com as ramificações mais profundas ocorrendo há mais de 3 bilhões de anos. Como é que essas descobertas se ajustam com o método mais tradicional de procurar fósseis em rochas antigas?

OS FÓSSEIS PETRIFICADOS MAIS ANTIGOS

A área de Pilhara, na Austrália Ocidental, é uma das regiões mais quentes, mais desoladas e menos povoadas do mundo. Uns quarenta quilômetros a oeste da pequena cidade de Marble Bar está uma formação geológica com o improvável nome de North Pole. Foi na região montanhosa perto desse ponto remoto que John Dunlop, um estudioso de geologia, descobriu em 1980 os mais antigos fósseis conhecidos. Para os leigos, eles não se parecem com fósseis. Não há amonites, nem trilobites na área, apenas alguns montes esquisitos chamados estromatólitos. Essas estruturas são formadas quando cianobactérias depositam esteiras de grãos minerais, camada por camada, para formar montes em forma de almofadas. Hoje em dia ainda se podem encontrar estromatólitos em processo de formação, a uns quinhentos quilômetros de North Pole, na baía Shark, na costa da Austrália Ocidental.4 Os estromatólitos fossilizados foram formados no sedimento de uma laguna vulcânica, e estima-se que tenham 3,5 bilhões de anos. Pouco depois de Dunlop ter encontrado os estromatólitos de Pilhara, um grupo de paleontólogos da Califórnia liderados por William Schopf descobriu sinais de micróbios fossilizados individuais em rochas de idade semelhante, nos morros Warrawoona ali perto.5 Tinham a aparência de minúsculos filamentos segmentados incrustados em sílex córneo, sugerindo cianobactérias de algum lago antigo aquecido pelo sol.

Rumando para o norte de Pilhara, a cidade propriamente dita mais próxima é Darwin, que tem esse nome em homenagem ao grande cientista. Darwin ficou desconcertado com a aparente ausência de fósseis da era pré-cambriana, de uns 600 milhões de anos atrás. Os fósseis existem com certeza, mas a maioria das criaturas pré-cambrianas era pequena demais para que seus vestígios fossem localizados por caçadores de fósseis ocasionais. Até paleo- biologistas experientes, armados com tecnologia de ponta, descobriram apenas um pequeno número de sítios com microfósseis mais antigos que 2,5 bilhões de anos, e muitas dessas descobertas continuam controversas.

Se os microfósseis de Warrawoona foram identificados corretamente como cianobactérias, isso significa que a vida já descobrira a fotossíntese há 3,5 bilhões de anos. A fotossíntese é um processo químico complexo e sofisticado, por isso é provável que os micro-organismos de Warrawoona já fossem bastante evoluídos, e que um precursor mais primitivo tivesse existido muito antes dessa época. Esses micróbios mais primitivos deixaram algum vestígio?

As chances de encontrar microfósseis intactos mais antigos que os da Austrália Ocidental são muito pequenas. Felizmente, há outros modos mais sutis pelos quais os organismos podem deixar uma marca nas rochas—alterando a sua composição química. Por exemplo, um ecossistema primitivo num mar raso teria depositado material orgânico nos sedimentos do fundo, criando camadas de minerais ricos em carbono, como um cemitério microbiano. Algo parecido pode ter acontecido nas formações extremamente antigas de veios de ferro em Isua, na Groenlândia. Um estudo do conteúdo de carbono dessas rochas, feito pioneiramente por Manfred Schidlowski do Instituto Max Planck de Química, da Alemanha, sugere que a vida pode ter existido uns 300 milhões de anos antes de os fósseis de Pilbara terem sido depositados.

A evidência de vida em Isua provém de medições cuidadosas das taxas de isótopos do carbono. Um típico átomo de carbono contém seis prótons e seis nêutrons, e por essa razão é designado C^12. Alguns átomos de carbono, entretanto, têm sete em vez de seis nêutrons, por isso são designados C^13. Quimicamente, os dois são idênticos e conhecidos como isótopos. A vida prefere o C^12 porque é um pouquinho mais leve e reage mais rapidamente. Em consequência, os organismos tendem a sequestrar o isótopo mais leve, e assim enriquecem quaisquer sedimentos em que acabem enterrados. O C^12 nas rochas de Pilhara é cerca de 3% acima do normal, e em Isua cerca de 1%.

Há pouco tempo, uma equipe liderada por Gustaf Arrhenius, do Instituto Scripps de Oceanografia da Califórnia, usou uma técnica aperfeiçoada para estudar as taxas de isótopos do carbono nas rochas de Isua. Empregando um dispositivo conhecido como espectrômetro de massa com microssonda de íons, os pesquisadores foram capazes de analisar minúsculas quantidades de carbono em grãos tão diminutos a ponto de terem dez micrômetros de extensão e pesarem apenas vinte trilionésimos de um grama, e eles afirmam ter encontrado uma assinatura ainda mais forte da vida. As rochas foram coletadas na ilha Akilia perto de Isua, e sua idade foi determinada em pelo menos 3,85 bilhões de anos.6 Isso deve ser comparado com a idade da Terra, 4,55 bilhões de anos, determinada por medições radioativas. Se a vida já existia na Terra há 3,85 bilhões de anos, então o nosso planeta tem sido habitado durante pelo menos 85% de sua história.

A busca do registro fóssil pode ser descrita como uma abordagem de cima para baixo na investigação da biogênese. Partindo do que se conhece sobre a vida hoje em dia, tentamos seguir o seu caminho evolucionário, à medida que ela retrocede no tempo e diminui de tamanho, chegando aos organismos mais simples e aos vestígios mais antigos, até o registro sumir aos poucos na obscuridade. Em algum momento antes de 3,5 bilhões de anos atrás, e muito possivelmente antes de 3,8 bilhões de anos atrás, o primeiro organismo terrestre viveu em algum lugar em nosso planeta. Mas onde? E qual era o seu aspecto? Vou tratar dessas questões quando voltar ao caminho de cima para baixo no capítulo 6, mas agora gostaria de examinar a abordagem alternativa, de baixo para cima. A ideia é perguntar o que sabemos sobre as condições da jovem Terra, e depois tentar reconstruir os acontecimentos físicos e químicos que produziram a centelha do começo da vida há todos esses anos.

A GERAÇÃO ESPONTÂNEA

A ciência rejeita os milagres verdadeiros. Apesar de a biogênese parecer a muitos virtualmente milagrosa, o ponto de partida de qualquer investigação científica deve ser a pressuposição de que a vida surgiu naturalmente, por meio de uma sequência de processos físicos normais. Embora seja muito pouco provável que algum dia descubramos exatamente o que aconteceu, poderíamos ser capazes de deduzir um caminho químico plausível que conduzisse dos produtos químicos simples à vida. É claro que pode haver muitos caminhos diferentes para a vida na forma como a conhecemos, bem como muitas formas alternativas de vida. É até concebível que os cientistas um dia venham a criar algum tipo de vida em laboratório, e assim demonstrem de forma convincente que não é necessário um milagre. Entretanto, em nosso presente estado de ignorância, o máximo que podemos almejar é descobrir alguns indicadores para os principais passos químicos que podem ter participado do processo. Alguns talvez objetem que simples indicadores são inúteis, e que o tema é demasiado especulativo para que o seu exame valha a pena. Esta é uma visão muito curta. As pesquisas sobre a origem da vida ainda podem fornecer informações valiosas mesmo na ausência de um relato detalhado de como a vida realmente começou. Em particular, poderíamos ser capazes de responder à questão de quão provável ou improvável é a geração espontânea da vida. Se descobrirmos que ela é bastante provável, podemos esperar que a vida também tenha surgido em algum outro lugar no universo. Por outro lado, se os passos químicos vierem a ser altamente improváveis, estaremos sozinhos no universo.

Qualquer que tenha sido a sequência química precisa, a vida deve ter se formado como resultado de alguma espécie de automontagem molecular. A expressão automontagem soa um pouco mágica, mas na verdade é muito comum. As galáxias e os cristais, por exemplo, surgem espontaneamente por automontagem, isto é, eles se criam sem nenhuma ajuda a partir de um estado inicial desordenado e sem traços característicos. Nenhuma força vital dispõe os componentes na forma final: apenas forças físicas normais estão envolvidas na operação. Os biólogos supõem que o mesmo se aplique à formação da vida, ainda que a forma mais simples de vida já seja imensamente complicada.

Acontece que a crença na geração espontânea da vida tem uma longa história, que remonta pelo menos a Platão. No século xvn, acreditava-se amplamente que muitos tipos de criaturas vivas podiam ser gerados de novo em condições apropriadas. Dizia-se, por exemplo, que camundongos adultos apareciam de um monte de trigo e roupas de baixo suadas.7 Outras receitas favoritas eram meias velhas e carne estragada, das quais piolhos, moscas e larvas de insetos poderiam surgir, conforme o esperado.

Hoje essas histórias parecem ridículas, mas foi preciso um cientista do calibre de Louis Pasteur para decidir a questão. Em 1862, com o incentivo de um prêmio público, Pasteur realizou uma série de experimentos cuidadosos para demonstrar que os organismos vivos só surgem de outros organismos vivos. Um meio verdadeiramente estéril, afirmava ele, permaneceria para sempre estéril. Pasteur declarou triunfalmente:8 “A doutrina da geração espontânea nunca vai se recuperar do golpe mortal deste simples experimento!”.

Por mais importante que fosse essa demonstração, a conclusão de Pasteur entrou em conflito direto com a teoria da evolução de Darwin. O famoso livro Sobre a origem das espécies de Darwin, que tinha sido publicado apenas três anos antes dos experimentos de Pasteur, procurava desacreditar a necessidade de um Deus para criar as espécies, mostrando como uma espécie podia se transmudar em outra. Mas o ensaio de Darwin deixava em aberto o problema de como o primeiro ser vivo passou a existir. A menos que a vida tivesse existido sempre, pelo menos uma espécie—a primeira—não poderia ter nascido da transmutação de outra espécie, apenas pela transmutação da matéria inanimada. O próprio Darwin escreveu alguns anos mais tarde:9 “Não encontrei nenhuma evidência que pareça ao menos digna de confiança a favor da chamada Geração Espontânea”. Entretanto, na ausência de um milagre, a vida só poderia ter se originado por alguma espécie de geração espontânea. Tanto a teoria da evolução de Darwin como a teoria de Pasteur de que só a vida gera vida não podiam estar completamente corretas.

O próprio Darwin era um tanto esquivo sobre o tema da origem da vida (ver a citação no início do capítulo), mas ele apresentou o germe de uma ideia numa famosa carta escrita em 1871. Nessa missiva, ele imaginava^10 “um pequeno lago tépido, com todos os tipos de amónia e sais fosfóricos, luz, calor, eletricidade etc”. Darwin conjec- turava que desse humilde caldo, ao longo de imensos períodos de tempo, a vida poderia ter se formado por um processo de complexi- ficação química. Essa especulação um tanto casual iria estabelecer a tendência do pensamento sobre o tema no século seguinte.

Naquela época, a própria noção de que a vida poderia surgir espontaneamente de uma mistura química inanimada foi saudada com feroz crítica por parte dos teólogos e até de alguns cientistas. O eminente físico britânico lorde Kelvin descartou toda a ideia^11 como “uma especulação muito antiga”, opinando que “a ciência apresenta um imenso volume de evidências indutivas contra essa hipótese”. Ele afirmou inequivocamente que “a matéria morta não pode se tornar viva, sem passar pela influência de matéria já viva”. Isso deixava apenas duas alternativas: ou a vida sempre existiu, ou a sua origem foi um milagre.

Fez-se pouco progresso real sobre o assunto até a década de 1920, quando ocorreram as pesquisas de Alexander Oparin, na Rússia, e J. B. S. Haldane, na Inglaterra. Os dois cientistas reconheciam que seria forçar a credulidade sugerir que a vida podia se formar de repente, num único lance, com uma única reação surpreendente. Tomando a deixa de Darwin, eles supunham que devia ter ocorrido uma longa fase de desenvolvimento, uma sequência de etapas químicas que conduziram gradativamente ao primeiro micróbio. Durante esse estágio prebiótico, algumas reações ainda- a-serem-determinadas transformaram sucessivamente uma mistura de moléculas em arranjos cada vez mais complexos, até que finalmente algo se formou com as características básicas de um organismo vivo.

Em vez do “pequeno lago” de Darwin, Haldane imaginava como cenário todos os oceanos da Terra. A chuva, encharcando a paisagem árida, teria carregado toda espécie de produtos químicos para o mar, onde se concentraram até que, para usar a expressão evocativa de Haldane, o líquido “atingiu a consistência de uma sopa quente diluída”. Os homens se apoderaram das suas palavras, e a descrição da “sopa primordial” ficou gravada na memória da humanidade desde então.

Com o passar dos anos houve muitas variações sobre a constituição e o lugar da sopa primordial: era na verdade um oceano, ou apenas um lago como pensava Darwin? Poderia ter sido uma laguna seca, uma caverna protegida ou um canal subterrâneo? E que tal um géiser fervente ou uma chaminé de vulcão embaixo do mar? Gotinhas de água suspensas no ar? Talvez a sopa não fosse localizada na Terra, mas estivesse confinada no interior de um cometa ou planeta pequeno. Todas essas ideias foram propostas com seriedade, e a maioria continua a ser pura conjectura. Embora as propostas sejam amplamente diferentes, todas partilham um tema comum. Todas requerem água líquida, batizada com substâncias apropriadas, e exposta a uma fonte de energia que ative as reações químicas.

Elaldane e Oparin tinham opiniões bastante diversas sobre a sequência precisa dos eventos, e criaram um cisma no tema que persiste até os dias de hoje. A questão concerne à formação das células. Todos os micro-organismos são separados de seus arredores por uma membrana ou parede da célula. Na verdade, é difícil imaginar a vida sem algum tipo de limite. A questão é: quando foi que surgiu essa estrutura celular — antes, durante ou depois das primeiras etapas químicas?

Enquanto Haldane se concentrava na química da sopa, Oparin advogava a teoria de que as células apareceram primeiro. Ele estava impressionado com o fato de que as substâncias oleosas e a água não se misturam, produzindo às vezes uma suspensão conhecida como coacervato, no qual o óleo se recolhe em minúsculas gotinhas. Os glóbulos oleosos se parecem superficialmente com as células biológicas. A teoria de Oparin supunha que a estrutura física da célula tivesse aparecido em primeiro lugar, fornecendo um vaso de reffeamento natural em que algumas maravilhas moleculares podiam se processar. Essa ideia exerce alguma atração, porque há muitos processos físicos (e não apenas o óleo na água) que produzem algum tipo de vesículas. Além disso, células de fluidos e gotinhas podem tornar-se instáveis e se dividir em duas, representando uma forma grosseira de reprodução. Se um saco cheio de produtos químicos infla e sofre fissão, cada um dos sacos “filhos” vai herdar a mistura química do progenitor. Isso poderia ter sido o suficiente para pôr em funcionamento um tipo rudimentar de seleção natural. Entretanto, a membrana precisa ter algumas propriedades especiais. Por exemplo, deve prender as moléculas mantenedoras da vida dentro da célula, mas deixar entrar do ambiente exterior os materiais básicos necessários.

A ideia de Oparin de radicar a origem da vida na formação das células reflete em parte o estado do conhecimento da época. Naqueles tempos, os cientistas ainda lutavam para elaborar os processos do metabolismo e o papel das proteínas dentro da célula, enquanto tinham apenas uma ideia muito vaga da natureza dos genes. A biologia molecular e o conhecimento do DNA ainda não existiam. Talvez fosse natural que Oparin não desse ênfase aos aspectos genéticos da vida e desse primazia aos aspectos físicos — que eram mais bem compreendidos. Isso não invalida a teoria de que as células apareceram primeiro, mas nos alerta para o fato de que a tentação de pôr o que compreendemos no centro de uma teoria corre o risco de pôr a carroça na frente dos bois.

Teorizar sobre a origem da vida parecia inteiramente especulativo na década de 1920, e poucas pessoas deram muita atenção às ideias de Oparin e Haldane. Mas uma pessoa que tomou conhecimento da questão foi Harold Urey, um químico americano que iria ganhar o Prêmio Nobel pela descoberta do deutério. Urey percebeu que talvez fosse possível testar a teoria da sopa primordial no laboratório. Muitos anos mais tarde, em 1953, foi exatamente o que começou a fazer.

O famoso experimento de Urey tinha uma concepção cativantemente simples. Ele procurou recriar no laboratório as condições que predominavam na Terra primeva, para observar o que acontecia. Teve de conjecturar sobre como era o planeta há bilhões de anos. A existência de água líquida era uma aposta garantida, mas desconhecia-se a composição da atmosfera. Para decidir que gases usar, Urey orientou-se pelo fato de que a presente atmosfera da Terra foi muito modificada pela vida. Em particular, o conteúdo de oxigênio é produto da fotossíntese. Assim, Urey excluiu o oxigênio. Foi uma decisão sábia. Embora as pessoas associem o oxigênio à vida, ele é realmente um elemento perigosamente corrosivo, e uma ameaça à maioria das moléculas orgânicas, destruindo-as rapidamente — como sabe todo incendiário. Se a fase prebiótica foi algo parecido com o que Haldane e Oparin tinham em mente, não havia oxigênio livre no ambiente. Urey decidiu-se por uma mistura de metano, hidrogênio e amónia.

Para ajudá-lo no experimento, Urey recrutou um jovem estudante brilhante chamado Stanley Miller, da Universidade de Chicago. Miller começou enchendo um frasco de vidro com os gases escolhidos e mais um pouco de água. Fechou hermeticamente o aparelho, e depois fez passar uma faísca elétrica pela mistura para simular os efeitos de um raio. Na semana seguinte, foi com fascinação que observou o frasco, enquanto a água que circulava pelo aparelho se tornava lentamente marrom-avermelhada. Miller estava entusiasmado: ao que parecia, esse experimento simples tinha conseguido reproduzir algo parecido com uma sopa primordial. Ansiosamente ele começou a analisar o fluido e, sem dúvida alguma, descobriu que ele continha vários produtos químicos orgânicos conhecidos como aminoácidos. Esses são os tijolos das proteínas, ingredientes básicos em toda a vida terrestre.

Os resultados intrigantes de Miller foram amplamente saudados como os primeiros passos na estrada para a criação da vida “num tubo de ensaio”. Se aminoácidos eram produzidos numa semana, raciocinava-se, imagine-se o que não poderia acontecer se o experimento fosse continuado por muito mais tempo. Talvez fosse apenas uma questão de tempo para que algo vivo saísse se arrastando da sopa marrom-avermelhada. A conclusão a que muitos cientistas chegaram foi a de que alguns elementos químicos comuns mais um suprimento de energia era o que bastava para criar a vida.

Mas, ai, a euforia a respeito do experimento Miller-Urey se revelou um tanto prematura, por uma variedade de razões. Primeiro, os geólogos já não pensam que a atmosfera primitiva se assemelhava à mistura de gás no frasco de Miller. A Terra teve provavelmente várias atmosferas diferentes durante os primeiros bilhões de anos, mas a presença abundante do metano e da amónia provavelmente nunca ocorreu. E se a Terra teve outrora bastante hidrogênio na sua atmosfera, ele não teria durado muito tempo. Sendo o elemento mais leve, logo teria escapado para o espaço. Urey escolheu esses gases porque todos eles contêm hidrogênio. Os químicos chamam esses gases de “redutores”. A redução é o oposto da oxidação, e como os elementos orgânicos são ricos em hidrogênio, uma atmosfera redutora é essencial para produzi-los. Entretanto, a melhor conjectura atual a respeito da atmosfera primitiva da Terra é que ela não era redutora, nem oxidante: era, isso sim, uma mistura neutra de dióxido de carbono e nitrogênio. Esses gases não geram facilmente aminoácidos.

Uma segunda razão para pôr em dúvida a importância do experimento Miller-Urey é que afinal os aminoácidos não são, na verdade, assim tão difíceis de gerar. Têm sido tentadas muitas variantes bem-sucedidas da montagem original de Chicago, nas quais a faísca elétrica é substituída por uma fornalha, uma lâmpada ultravioleta, ondas de choque ou misturas químicas energiza- das. Revelou-se que gerar aminoácidos é uma barbada. Na verdade, descobriu-se que eles ocorrem naturalmente em meteoritos, e até no espaço exterior.

Há igualmente uma razão conceituai para que já não se atribua ao experimento Miller-Urey o status que teve no passado. É um erro sério considerar a estrada para a vida como uma rodovia uniforme por onde uma sopa de elementos químicos é inexoravelmente transportada com o desenrolar do tempo. Os aminoácidos podem ser os tijolos das proteínas, mas há um mundo de diferenças entre os tijolos e uma estrutura montada. Assim como a descoberta de uma pilha de tijolos não garante que exista uma casa por perto, uma reunião de aminoácidos ainda está longe, muito longe do tipo de moléculas grandes e especializadas como as proteínas que a vida requer.

Dois obstáculos importantes se interpõem no caminho do progresso rumo à vida numa sopa primordial. Um deles é que, na maioria dos roteiros, a sopa é demasiado diluída para realizar muita coisa. Seria extremamente improvável que o vasto caldo oceânico de Haldane reunisse os componentes corretos no mesmo lugar e ao mesmo tempo. Sem algum mecanismo para concentrar bastante os elementos químicos, a síntese de substâncias mais complexas do que os aminoácidos parece fadada ao insucesso. Muitas sugestões imaginativas foram propostas para engrossar a infusão. Por exemplo, o pequeno lago tépido de Darwin podia ter evaporado deixando uma escuma potente. Ou talvez superfícies minerais como a argila tenham capturado e concentrado os elementos químicos que vinham de um meio fluido. Entretanto, está longe de ser claro se qualquer uma dessas sugestões é realista no contexto da Terra primitiva, e nenhum estado semelhante à sopa foi preservado nas rochas para nos guiar.

O outro obstáculo é ainda mais profundo e retorna à segunda lei da termodinâmica. O leitor deve lembrar que essa lei descreve uma tendência natural à degradação e à corrupção, cada vez mais distante da ordem e da complexidade crescentes. A síntese de bio- moléculas complexas vai, portanto, “contra a maré”, segundo as leis da termodinâmica. A primeira vista isso parece levar a uma contradição, porque os aminoácidos se formam facilmente numa ampla gama de condições. Na verdade, não há conflito com a segunda lei. Como expliquei no capítulo 2, a ordem pode aparecer num determinado lugar desde que uma quantidade maior de desordem, ou entropia, seja passada ao ambiente. É o que acontece quando um cristal se forma a partir de um soluto. O sólido cristalino é um arranjo mais ordenado de átomos que um líquido, por isso tem menos entropia. Entretanto, a formação de um cristal é acompanhada por uma liberação de calor no ambiente, o que aumenta a entropia. O segundo fator prevalece sobre o primeiro. O mesmo se aplica à síntese dos aminoácidos que, como a formação do cristal, é termodinamicamente favorecida. A razão para esse fato diz respeito ao papel da energia livre. Se um processo baixa a energia de um sistema, isto é, se vai “morro abaixo”, ele tem a bênção da segunda lei. Em oposição, um processo “morro acima” desafia a segunda lei. A água corre morro abaixo, mas não morro acima. Pode-se fazer a água correr morro acima, mas apenas quando se trabalha para esse objetivo. Um processo que acontece espontaneamente é sempre um processo morro abaixo. A produção de aminoácidos tem essa característica de ser um processo morro abaixo, razão pela qual é tão fácil gerar aminoácidos.

Mas agora esbarramos num obstáculo. O segundo passo na estrada para a vida, ou pelo menos na estrada para as proteínas, é que os aminoácidos se liguem para formar as moléculas conhecidas como peptídeos. Uma proteína é uma longa cadeia de peptí- dios, ou um polipeptídio. Enquanto a formação espontânea de aminoácidos a partir de uma mistura química inorgânica é um reconhecido processo morro abaixo, reunir os aminoácidos para formar peptídeos é um processo morro acima. Segue, portanto, na direção errada, segundo as leis da termodinâmica. Cada ligação peptídica forjada requer que uma molécula de água seja retirada da cadeia. Num meio aquático como uma sopa primordial, isso não é favorecido pelas leis da termodinâmica. Consequentemente, não vai acontecer de forma espontânea: é preciso trabalho para forçar a recém-extraída molécula de água a entrar no meio saturado de água. É claro que a formação peptídica não é impossível, porque acontece dentro dos organismos vivos. Mas ali a reação morro acima é impulsionada pelo uso de moléculas específicas que são pré-energizadas para realizar o trabalho necessário. Numa sopa química simples, nenhuma dessas moléculas especializadas estaria à mão para dar às reações o impulso de que precisam. Assim uma sopa aquosa é uma receita para desmontagem molecular, e não para a automontagem.12

Sem dúvida, não devem ter faltado fontes de energia na Terra primitiva para realizar o trabalho necessário para forjar as ligações peptídicas, mas apenas jogar energia no problema não é solução. As mesmas fontes de energia que geram as moléculas orgânicas também servem para destruí-las. Para que funcione construtivamente, a energia tem de estar direcionada para a reação específica requerida. É muito mais provável que uma fonte de energia não controlada, como o simples aquecimento, se revele destrutiva do que construtiva. A situação pode ser comparada a um trabalhador que constrói laboriosamente um pilar empilhando tijolos um em cima do outro. Quanto mais alto o pilar, tanto mais provável que oscile e caia. Da mesma forma, longas cadeias formadas por aminoácidos ligados são muito frágeis. De um modo geral, se simplesmente aquecemos elementos orgânicos sem saber o que estamos fazendo, acabamos não obtendo moléculas delicadas formadas por longa cadeia, mas sim uma mixórdia de alcatrão, como os donos de grelha de churrasco podem atestar.

É verdade que a segunda lei da termodinâmica é apenas uma lei estatística; ela absolutamente não proíbe que os sistemas físicos sigam “na direção errada” (isto é, morro acima). Mas a probabilidade é fortemente contra essa tendência. Assim, por exemplo, é possível, mas muito improvável, criar um pilar simplesmente despejando uma pilha de tijolos de um funil de carga. Talvez não ficássemos surpresos ao ver dois tijolos caindo exatamente um em cima do outro; três tijolos seria extraordinário, dez, quase milagroso. Esperaríamos sem dúvida muito tempo para que uma coluna de dez tijolos se formasse espontaneamente. Em reações químicas comuns que ocorrem perto do equilíbrio termodinâmico, as moléculas são sacudidas ao redor aleatoriamente, por isso mais uma vez é provável que tenhamos de esperar muito tempo para que uma frágil cadeia molecular se forme por acaso. Quanto mais comprida a cadeia, maior a espera. Tem se estimado que, abandonada a seus próprios recursos, uma solução concentrada de aminoácidos precisaria de um volume de fluido do tamanho do universo observável para ir contra a maré termodinâmica e criar espontaneamente um único pequeno polipeptídio. Claro, o embaralhamento molecular aleatório tem pouca utilidade, quando a seta direcional aponta na direção errada.

Uma possível rota de escape do rigor da segunda lei é desviar- se das condições de equilíbrio termodinâmico. O bioquímico americano Sidney Fox tem investigado o que acontece quando uma mistura de aminoácidos é fortemente aquecida. Fazendo-se a água

sair como vapor, a ligação dos aminoácidos em cadeias peptídicas se torna muito mais provável. O fluxo de energia térmica gera a entropia necessária para cumprir a segunda lei. Usando esse método, Fox tem produzido polipeptídios bem longos, que ele chama de “proteinóides”. Infelizmente, a semelhança entre os proteinóides de Fox e as proteínas reais é bastante superficial. Por exemplo, as proteínas reais são feitas exclusivamente de aminoácidos para a esquerda (ver pp. 81-2), ao passo que os proteinóides são uma igual mistura de quantidades iguais de aminoácidos para a esquerda e para a direita.

Há uma razão mais fundamental para que a automontagem aleatória de proteínas pareça um fracasso. Não tem a ver com a formação das ligações químicas em si, mas com a ordem particular em que os aminoácidos se unem. As proteínas não consistem em quaisquer cadeias de peptídeos; elas são sequências muito específicas de aminoácidos que têm propriedades químicas especializadas necessárias à vida. Entretanto, o número de permutações alternativas possíveis para uma mistura de aminoácidos é superastronômico. Uma pequena proteína pode tipicamente conter cem aminoácidos de vinte variedades. Há cerca de 10^130 (o que significa 1 seguido por 130 zeros) arranjos diferentes de aminoácidos numa molécula desse comprimento.13 Acertar no arranjo correto por acaso não seria pouca coisa.14

, Conseguir uma configuração útil de aminoácidos dentre a oferta de zilhões de combinações inúteis pode ser considerado um gigantesco problema de recuperação de informação, algo como tentar encontrar um site na Internet sem um programa de busca. Pode-se expressar a dificuldade segundo as leis da termodinâmica, lembrando a conexão entre informação e entropia explicada no capítulo 2. O conteúdo de informação altamente especial de uma proteína representado pela sua sequência específica de aminoácidos implica um grande decréscimo de entropia, quando a molécula se forma. Mais uma vez, a simples injeção descontrolada de energia não vai alcançar o resultado ordenado requerido. Para voltar à analogia dos tijolos empilhados, criar uma proteína apenas pela injeção de energia é semelhante a explodir uma banana de dinamite sob uma pilha de tijolos e esperar que a explosão forme uma casa. Pode-se liberar energia suficiente para erguer os tijolos, mas sem casar a energia com os tijolos de uma forma ordenada e controlada, há pouca esperança de produzir qualquer coisa que não seja uma mixórdia caótica. Assim, gerar as proteínas sacudindo aleatoriamente os aminoácidos enfrenta uma dupla dificuldade, termo- dinamicamente. Não só as moléculas devem ser sacudidas “morro acima”, como elas têm de ser sacudidas para formar uma configuração que é uma fração infinitesimal do número total de possíveis combinações.

Até agora só tenho falado de gerar proteínas ligando os aminoácidos para formar peptídios. Mas as proteínas são apenas uma pequena parte do intricado tecido da vida. Há os lipídios, os ácidos nucléicos, os ribossomos e assim por diante. E aqui esbarramos em outro obstáculo. É possível que os cientistas, usando procedimentos de laboratório complicados e delicados, sejam capazes de sintetizar aos poucos os ingredientes básicos da vida. Muito menos provável é que o mesmo conjunto de procedimentos gere todas as partes requeridas ao mesmo tempo. Assim, não só há um mistério sobre a automontagem de moléculas grandes, delicadas e estruturadas de forma muito específica a partir de um entrevero incoerente de pedacinhos, como também há o problema de se produzir simultaneamente um conjunto de tipos muito diferentes de moléculas.

Vamos deixar bem claro o que está implicado neste ponto. Já enfatizei que as moléculas complexas encontradas em organismos vivos não são elas próprias vivas. Uma molécula é uma molécula é uma molécula; não é viva, nem morta. A vida é um fenômeno associado com toda uma sociedade de moléculas especializadas, milhões delas, cooperando de formas surpreendentes e novas. Nenhuma molécula sozinha carrega a centelha da vida, nenhuma cadeia de átomos sozinha constitui um organismo. Até o DNA, a supermolécula biológica, não é viva. Se tirássemos o DNA de uma célula viva, ele ficaria empacado, incapaz de executar seu papel familiar. Só dentro do contexto de um meio molecular altamente específico é que uma determinada molécula vai desempenhar o seu papel na vida. Para funcionar apropriadamente, o DNA deve fazer parte de uma grande equipe, em que cada molécula executa a sua tarefa prescrita junto com as outras num modo cooperativo.

Reconhecer o caráter interdependente das moléculas componentes dentro de um organismo vivo logo nos põe diante de um duro enigma filosófico. Se tudo precisa de tudo o mais, como é que a comunidade de moléculas surgiu pela primeira vez? Como a maioria das grandes moléculas necessárias para a vida são produzidas apenas por organismos vivos, e não são encontradas fora da célula, como é que passaram a existir originalmente, sem a ajuda de um cientista intrometido? Poderíamos esperar seriamente que um tipo de sopa Miller-Urey fosse capaz de gerar todas ao mesmo tempo, dada a natureza aleatória de sua química?

Pelo que tenho escrito, o leitor pode ficar com a impressão de que não só a origem da vida é virtualmente impossível, como apropria vida é impossível. Se frágeis biomoléculas estão sendo continuamente atacadas e desintegradas, os nossos corpos certamente logo degenerariam sofrendo lesões químicas que significariam a morte certa, não é mesmo? Felizmente para nós, as nossas células contêm mecanismos sofisticados de construção e reparação, fontes de energia química à mão para impulsionar os processos morro acima, e enzimas com propriedades especiais que podem montar com facilidade moléculas complexas a partir de fragmentos. Além disso, as proteínas se dobram em bolas protetoras que impedem a água de atacar suas delicadas ligações químicas. Tão rapidamente quanto a segunda lei tenta nos arrastar morro abaixo, esse exército cooperativo de moléculas especializadas puxa na direção contrária. Enquanto permanecemos sistemas abertos, trocando energia e entropia com o nosso ambiente, as consequências degenerativas da segunda lei podem ser evitadas. Mas a sopa primordial não tinha essas coortes convenientes de elementos químicos cooperativos. Nenhuma gangue de reparação molecular estava a postos para enfrentar a segunda lei. A sopa tinha de ganhar a batalha sozinha, contra desvantagens que não eram apenas pesadas, mas tão imensas a ponto de confundir a mente.

Então, qual é a resposta? A vida é um milagre afinal? No capítulo 4, examinarei cuidadosamente as tentativas mais recentes de explicar como uma mistura química poderia efetivamente diminuir as imensas desvantagens amontoadas contra a montagem espontânea de moléculas complexas. No momento, quero apenas propor uma questão geral. Os primeiros seres vivos eram sem dúvida muito mais primitivos que os micróbios de hoje. Não se pode olhar para as bactérias existentes, com seus metabolismos especializados e refinadamente ajustados, e esperar que todos os seus componentes tenham sido feitos e montados na sua forma existente numa sopa primordial. Os micróbios de hoje surgiram apenas gradativamente, depois de um longo período de refinamento evolucionário, a partir de inícios muito simples. A vida primitiva teria sido muito mais desleixada, em termos bioquímicos, do que os organismos atuais.

Isso ilustra um importante princípio geral: máquinas toscas são mais robustas que máquinas sofisticadas. Quanto mais refinada uma máquina, mais vulneráveis se tornam os seus componentes. Se despejarmos óleo diesel no tanque de um carro de corrida refinadamente ajustado, ele vai tossir e espirrar inutilmente, mas se fizermos isso num trator, ele consegue partir roncando satisfeito. Por sinal, se deixássemos cair uma moderna molécula de DNA na sopa primordial, ela se tornaria inútil. Mas um precursor menos refinado do DNA poderia ter melhor sorte e se replicar com sucesso. A vida parece ter começado como um processo desconjuntado, que se tornou refinado e aperfeiçoado com o passar do tempo. Talvez os prognósticos contrários à automontagem do equivalente microbiano de um trator não sejam insuperáveis.

O ACASO E A ORIGEM DA VIDA

Façamos a pergunta simples: Dadas as condições que prevaleciam na Terra há 4 bilhões de anos, qual era a probabilidade de que surgisse a vida?

A seguinte resposta não é válida: “A vida era inevitável, porque aqui estamos”. É claro que a vida realmente se originou — a nossa existência prova esse fato. Mas ela tinha de se originar? Em outras palavras, o surgimento da vida a partir de um caldo químico ou de qualquer outra coisa era inevitável, dados milhões de anos?

Ninguém sabe responder a essa questão. A origem da vida pode ter sido um mero acaso feliz, um acidente químico de estupenda improbabilidade, um acontecimento tão improvável que jamais aconteceria duas vezes em todo o universo. Ou pode ter sido tão comum e predeterminada como a formação dos cristais de sal. Como podemos saber qual das explicações é a correta?

Vamos considerar a teoria do acaso feliz químico. Como explicado antes neste capítulo, a vida terrestre é baseada em algumas moléculas muito complicadas com estruturas cuidadosamente trabalhadas. Até nos organismos simples, o DNA contém milhões no de átomos. A sequência precisa de átomos é crucial. Não se pode ter uma sequência arbitrária, porque o D NA é um manual de instruções para criar o organismo. Se mudamos alguns átomos, ameaçamos a estrutura do organismo. Se mudamos átomos demais, acabamos sem organismo algum.

A situação pode ser comparada com a sequência de palavras num romance. Se mudamos algumas palavras aqui e ali aleatoriamente, o texto será provavelmente desfigurado. Se misturamos todas as palavras, há uma probabilidade muito alta de que o texto deixe de ser um romance. Haverá outros romances com palavras semelhantes em combinações diferentes, mas o conjunto de sequências de palavras que criam os romances é uma fração infinitesimal de todas as possíveis sequências de palavras.

Na parte anterior deste capítulo, apresentei a fantástica improbabilidade de formação de uma proteína por acaso a partir do embaralhamento aleatório dos aminoácidos na sequência correta. E tratava-se de uma única proteína. A vida como a conhecemos requer centenas de milhares de proteínas especialistas, sem falar dos ácidos nucléicos. As chances de produzir apenas as proteínas por puro acaso estão em torno de uma em 10^40000. Isso é 1 seguido por 40 mil zeros, o que ocuparia um capítulo inteiro deste livro, se eu quisesse escrever o número por extenso. Comparado a isso, tirar um jogo perfeito nas cartas mil vezes seguidas é fácil. Numa observação famosa,15 o astrônomo britânico Fred Hoyle comparou as chances da montagem espontânea da vida a um redemoinho que varresse um pátio de ferro velho e produzisse um Boeing 747 funcionando perfeitamente.

Eu frequentemente dou palestras públicas sobre a possibilidade da vida extraterrestre. Invariavelmente alguém na plateia observa que deve haver vida em outros planetas, dado que há tantas estrelas oferecendo residências potenciais. É um argumento comumente usado. Numa recente viagem à Europa para uma conferência sobre vida extraterrestre, folheei o guia de passatempos oferecido pela companhia aérea durante o vôo, só para descobrir que a busca de vida fora da Terra era oferecida como parte do programa. A descrição promocional dizia:16 “Com meio trilhão de estrelas girando através das formas espirais da galáxia Via Láctea, parece ilógico supor que, entre elas, apenas um único mundo contenha vida inteligente”. O uso da palavra “ilógico” era infeliz, porque a lógica é perfeitamente clara. Há na verdade muitas estrelas — pelo menos 10 bilhões no universo observável. Mas esse número, por mais gigantesco que possa nos parecer, é ainda assim trivialmente pequeno comparado à improbabilidade gigantesca da montagem aleatória de até mesmo uma única molécula de proteína. O universo pode ser grande, mas se a vida se formou apenas pela agitação aleatória num pátio de ferro velho molecular, há pouquíssimas chances de que isso tenha acontecido duas vezes.

Alguns acham que algo tão básico como a nossa própria existência não pode ser reduzido a uma singularidade química, e que varrer o problema para baixo do tapete com a palavra “acaso” é um modo de fugir dele. Às vezes o princípio da mediocridade é citado: não há nada especial ou excepcional sobre o nosso lugar no universo. A Terra parece ser um planeta típico ao redor de uma estrela típica numa galáxia típica. Assim, por que a vida na Terra não poderia ser igualmente típica?

Infelizmente, esse argumento não é aceitável. A nossa própria existência tem de ser a exceção à regra de que tudo o que observamos não é excepcional. Se há apenas um único planeta no universo com vida, ele tem de ser o nosso! É claro, por definição, que não vamos nos descobrir vivendo num planeta sem vida. Assim, a Terra não será um planeta selecionado aleatoriamente numa amostra cósmica, porque nós a selecionamos pela nossa própria existência.

Apesar desse fato inegável, os cientistas devem, sempre que possível, tentar explicar o mundo em termos de leis e princípios. Nunca será suficiente argumentar que os anéis de Saturno se formaram como uma associação acidental de partículas se movendo independentemente. Recorrer a acasos felizes deve ser visto como um último recurso. Isso não significa que os acasos felizes nunca aconteçam, nem que não sejam importantes.17 Pode ser que a vida na Terra seja um acaso feliz. Mas devemos pelo menos fazer uma tentativa de explicar a biogênese como um processo físico normal. Nos capítulos seguintes, examinarei algumas sugestões para diminuir a aparentemente colossal improbabilidade da gênese espontânea da vida.

4. A mensagem na maquina

Em julho de 1997, cientistas na Universidade Cornell divulgaram fotografias de um violão que não era maior que uma célula do sangue humano. Esse instrumento liliputiano foi esculpido em silício cristalino, usando uma técnica de gravação que envolvia um feixe de elétrons. A intenção era que fosse uma peça publicitária, mas ilustrava dramaticamente um importante desenvolvimento tecnológico: agora é possível fazer máquinas que são demasiado pequenas para serem vistas a olho nu. Os cientistas têm fabricado rodas dentadas invisíveis, motores do tamanho da cabeça de um alfinete, e tomadas elétricas tão diminutas quanto uma molécula. Engenheiros da IBM conseguiram até imprimir as iniciais da companhia, átomo por átomo, na superfície de um cristal. A área florescente da nanotecnologia—construção de estruturas e dispositivos medidos numa escala de bilionésimos de um metro — promete revolucionar as nossas vidas.

Essas realizações da microengenharia são de tirar o fôlego por causa de suas implicações, mas não devemos perder de vista o fato de que a natureza chegou lá em primeiro lugar. O mundo já está cheio de nanomáquinas: são chamadas de células vivas. Cada célula está cheia de estruturas minúsculas que poderiam ter saído diretamente do manual de um engenheiro. Existem em abundância minúsculas pinças, tesouras, bombas, motores, alavancas, válvulas, tubos, correntes e até veículos. Mas é claro que a célula é mais do que apenas um saco de engenhocas. Os vários componentes se ajustam para formar um todo que funciona perfeitamente, como uma elaborada linha de produção de uma fábrica. O milagre da vida não é que ela seja feita de nanoferramentas, mas que essas diversas partes minúsculas estejam integradas de um modo altamente organizado.

Qual é o segredo dessa organização espantosa? Como é que átomos estúpidos conseguem realizá-la? Individualmente, os átomos só conseguem empurrar os vizinhos e ligar-se a eles se as circunstâncias forem apropriadas. Mas, coletivamente, eles realizam maravilhas engenhosas de construção e controle, com um ajuste refinado e uma complexidade ainda sem paralelo em qualquer engenharia humana. De algum modo, a natureza descobriu por conta própria como fazer isso. Descobriu como construir a intricada máquina que chamamos de célula viva, usando apenas os toscos materiais disponíveis, todos misturados. Ela repete essa proeza todos os dias em nossos próprios corpos, cada vez que uma nova célula é criada. Isso já é uma realização fantástica. Ainda mais extraordinário é que a natureza tenha construído a primeira célula do nada. Como é que isso foi feito?

Como um físico ingênuo, quando penso sobre a vida em nível molecular, a pergunta que sempre faço é a seguinte: Como é que todos esses átomos irracionais sabem o que fazer? A complexidade da célula viva é imensa, e o grau de sua elaborada atividade faz pensar numa cidade. Cada molécula tem uma função especificada e ' um lugar designado no esquema global, para que os objetos corretos sejam manufaturados. Há muitos deslocamentos acontecendo. As moléculas têm de viajar pela célula para se encontrar com outras no lugar certo e na hora certa, a fim de realizar apropriadamente as suas tarefas. Isso tudo acontece sem um chefe que lhes dê ordens, guiando-as para os locais adequados. Nenhum supervisor supervisiona as suas atividades. As moléculas simplesmente fazem o que as moléculas têm de fazer: debater-se ao redor às cegas, colidir umas com as outras, ricochetear, unir-se. No nível dos átomos individuais, a vida é uma anarquia — um caos disparatado, sem propósito. Mas de alguma maneira, coletivamente, esses átomos que não pensam se reúnem e executam a dança da vida com uma precisão primorosa.

A ciência chegará algum dia a explicar um processo tão magnificamente auto-orquestrado? Alguns negam categoricamente essa possibilidade.1 Acreditam que a célula viva é demasiado elaborada, demasiado planejada, para ser apenas o produto de forças físicas cegas. A ciência pode dar uma boa descrição desta ou daquela característica individual, dizem, mas nunca explicará a organização global, nem como a célula original foi montada pela primeira vez.

Peço permissão para discordar. Acredito que a ciência acabará dando uma explicação convincente para a origem da vida, mas apenas se o problema for enfrentado em dois níveis. O primeiro é o nível molecular, o tema deste capítulo. É nessa área que o progresso tem sido mais impressionante. Durante as últimas décadas, a biologia molecular tem dado passos gigantescos para determinar que moléculas fazem o quê para que moléculas. Sempre se descobre que as nanomáquinas da natureza operam de acordo com forças e leis físicas perfeitamente comuns. Não se tem descoberto nada de estranho. Entretanto, seria errado supor que as moléculas sejam tudo o que importa para a vida. Catalogando as suas atividades moleculares, não explicamos a vida, assim como não explicamos o gênio de Mozart ou de Einstein elucidando como é que um neurônio funciona. Para empregar o clichê, o todo é mais do que a soma de suas partes. A própria palavra “organismo” implica cooperação num nível global que não pode ser captado apenas pelo estudo dos componentes. Sem compreender a sua atividade coletiva, a tarefa de explicar a vida está apenas parcialmente feita.

REPLICAR, REPLICAR!

No capítulo 1, coloquei a reprodução quase no topo da minha lista de propriedades definidoras da vida. Sem a reprodução, e na ausência da imortalidade, toda a vida terminaria mais cedo ou mais tarde. Durante um longo tempo, os cientistas tinham muito pouco conhecimento de como os organismos se reproduzem. Vagas noções de genes invisíveis transmitindo mensagens biológicas de uma geração para a outra revelavam pouco sobre como as células realmente fazem esse processo. Com o advento da biologia molecular e a descoberta do DNA, entretanto, o mistério foi finalmente desvendado.

Reduzido a seus elementos essenciais, o segredo da reprodução reside na replicação molecular. A ideia de uma molécula fazer uma cópia de si mesma pode parecer um tanto mágica, mas revela- se na verdade bem simples. O princípio subjacente é, com efeito, um exercício em geometria elementar. O primeiro ponto a compreender pode ser óbvio, mas é crucialmente importante: as moléculas têm formas definidas. As moléculas orgânicas não são absolutamente simples glóbulos em forma de bola; elas ostentam todo tipo de apêndices, como braços, cotovelos, cavidades e aros. Embora as forças interatômicas prescrevam o que adere (ou o que não se mistura) ao quê, é a estrutura tridimensional geral das moléculas orgânicas que em grande parte determina, como num desses jogos Lego de armar, as suas capacidades biológicas. Os filósofos pitagóricos, que acreditavam ser a geometria a chave para o universo, teriam ficado encantados.

O DNA é o banco de dados genético, e é a replicação dessa macromolécula que está no âmago da reprodução biológica. Usando a simples geometria, vamos descrever como o DNA trata de copiar a si mesmo. A estrutura do DNA é a famosa dupla hélice, descrita por Crick e Watson no início da década de 1950. A sua forma é mostrada esquematicamente na Figura 4.1. Note-se que as duas cadeias helicoidais são unidas por ligações transversais. A forma helicoidal é incidental à minha explicação, assim, para simplificar as coisas, vamos imaginar que as espirais entrelaçadas sejam desenroladas e estendidas para formar uma escada (ver Figura 4.2). Os corrimãos da escada são as duas hélices desenroladas, e os degraus correspondem às ligações transversais. Os corrimãos desempenham um papel de simples andaime, mantendo unida a molécula. A atividade do DNA está nos degraus.

Os degraus não são todos iguais: são construídos com quatro variedades diferentes de moléculas chamadas bases nucleotídicas, ou apenas bases, tendo os nomes químicos de adenina, guanina, citosina e timina, ou A, G, C e T na forma abreviada. Cada degrau é, na verdade, composto por um par de bases ligadas pelas pontas. E nesse ponto que entra a geometria. A é feito sob medida para se ajustar perfeitamente a T, enquanto C e G da mesma forma se encaixam confortavelmente. As forças que unem esses pares de bases no seu engate de chave-e-fechadura são, na verdade, bastante fracas. Vamos imaginar que se afastem os dois corrimãos, rompendo todos os pares de bases, como se a escada tivesse sido serrada ao meio (ver Figura 4.3). Cada corrimão ficaria com uma fila de braços salientes — as bases descasadas.

Vamos supor que uma dessas cadeias tenha a sequência TGCCAGTT..., então a cadeia oposta teria a sequência complementar ACGGTCAA... Poder-se-ia remontar a escada alinhando-se os pares de bases apropriados e engatando todas as pontas complementares em aberto. O fato de toda base ao longo da molécula de DNA formar parceria de acordo com essa regra faz com que cada cadeia seja o molde da outra. Se temos apenas uma cadeia, não há problema, podemos fazer uma ideia da estrutura da outra, usando as regras de parceria das bases: A com T, C com G.

Essa construção por molde, ou complementaridade, é a base do processo de replicação. Para entender como isso se dá, vamos imaginar que parte da dupla hélice seja rompida, como descrito acima, deixando uma série de bases desligadas projetando-se para fora de cada cadeia. Se houver um suprimento de moléculas bases livres—As, Gs, Cs e Ts — flutuando ao redor, então elas vão tender a se encaixar e grudar nessas pontas expostas, A com T, C com G, T com A e G com C, e com isso vão automaticamente reconstruir uma nova cadeia complementar.

Desde que as regras de parceria das bases funcionem corretamente, é garantido que a nova cadeia será idêntica à original. Assim, se uma molécula de DNA é rompida, cada cadeia exposta vai construir para si uma nova cadeia parceira, criando assim duas moléculas de DNA em lugar de uma. Note-se que esse tipo de replicação por molde, em que as cadeias são complementares, não é realmente como fazer cópias xerox, sendo mais análogo à reprodução fotográfica por meio de um negativo.

Assim, a replicação estrutural do DNA é facilmente explicada. Mas isso ainda nos deixa com a questão dos genes e da hereditariedade. Como é que o DNA armazena e transmite a informação genética? É nesse ponto que entram em ação as quatro bases diferentes. Pode-se pensar em A, G, C e T como num alfabeto de quatro letras. A sequência precisa das letras pode então ser usada para determinar uma mensagem. Um gene é simplesmente uma longa série de pares de bases, ou letras, que transmite parte dessa mensagem. Quando o DNA se replica, uma sequência idêntica é construída na duplicata. Devido à natureza complementar, de cadeia dupla, desse processo, cada molécula de DNA realmente contém duas cópias da mensagem, uma positiva e outra negativa; assim toda a informação necessária para criar uma molécula de DNA completa está contida em cada uma de suas cadeias.

O processo de replicação funciona muito eficientemente com a ajuda de algumas enzimas especializadas que facilitam as operações de rompimento e união. O grau dessa eficiência é evidente pelo fato de o DNA em sua estrutura básica ter sobrevivido por mais de 3 bilhões de anos. Entretanto, nenhum processo de cópia é perfeito, sendo inevitável que erros sejam introduzidos de tempos em tempos. Eles vão alterar a sequência das bases, isto é, vão misturar as letras A, G, C e T. Como o DNA é uma receita para fazer um organismo, se a mensagem fica um pouco adulterada durante a replicação, o organismo resultante pode sofrer uma mutação. Os erros de cópia são a fonte de variação entre as gerações que a seleção natural explora. As mensagens genéticas são impressionantemente longas. Uma simples bactéria como a E. coli contém alguns milhões de símbolos no seu genoma (um genoma é um conjunto completo de genes), o bastante para encher um livro de mil páginas. O DNA humano exigiria toda uma biblioteca. Como expliquei no capítulo 1, o DNA contém a informação total necessária para construir e operar o organismo ao qual pertence. Vista desse modo, a vida é apenas uma série de palavras de quatro letras.

GANHANDO A VIDA

Até agora tenho feito a vida parecer apenas uma questão de DNA, genes e replicação. É verdade que, num sentido biológico restrito, a vida reside apenas na atividade de replicar os genes. Mas o DNA nada pode fazer sozinho. Ele deve construir uma célula, com todos os seus elementos químicos especializados, para realmente efetuar o processo de replicação. Nas formas de vida ditas mais elevadas, ele deve construir todo um organismo para se replicar. Da perspectiva de um genoma, um organismo é um modo indireto de copiar o DNA.

Por que os genes precisam de organismos para lhes dar uma ajuda? Por que não podem se replicar por conta própria? A resposta é a seguinte: porque os organismos podem fazer certas coisas, como afastar-se do perigo e apanhar matérias-primas. Isso ajuda o DNA a se replicar mais eficientemente. Mas construir a biomassa e fazer coisas requer outro material; o DNA absolutamente não presta para esses fins. Esse outro material aparece principalmente sob a forma de proteínas, a segunda classe importante de moléculas orgânicas especializadas. Como já observei, a vida como a conhecemos é o resultado de um trato mutuamente benéfico firmado entre o DNA e as proteínas.

As proteínas são uma bênção para o DNA, porque podem ser usadas tanto como material de construção, para fazer coisas como paredes de células, quanto como enzimas, para supervisionar e acelerar as reações químicas. As enzimas são catalisadores químicos que “azeitam as rodas” da máquina biológica. Sem elas, o metabolismo empacaria, e não haveria energia disponível para a atividade da vida. Não é de surpreender, portanto, que uma grande parte do banco de dados do DNA seja usada para armazenar instruções sobre como fazer proteínas.

Eis como essas instruções são implementadas. É preciso lembrar que as proteínas são moléculas formadas por uma longa cadeia composta de aminoácidos unidos em série para formar os polipeptídios. Cada sequência diferente de aminoácidos produz uma proteína diferente. O DNA tem uma lista de pedidos com todas as proteínas de que o organismo precisa. Essa informação é armazenada registrando-se a sequência particular de aminoácidos que especifica cada uma das proteínas da lista. Esse registro é feito por meio do alfabeto de quatro letras do DNA, A, G, C e T; a sequência exata das letras determina a receita de aminoácidos, proteína por proteína— tipicamente algumas centenas de pares de bases para cada uma.

Para tornar essa lista árida de aminoácidos em proteínas montadas e funcionando, o DNA recruta a ajuda de uma molécula intimamente relacionada conhecida como RNA (ácido ribonucleico). O RNA é também formado com quatro bases, A, G, C e U. Esse U significa uracil; é semelhante ao T e alfabeticamente serve para os mesmos fins. O RNA aparece em muitas variedades; a que nos interessa neste momento é conhecida como RNA mensageiro, ou RNAm na sua forma abreviada. A sua tarefa é ler as receitas de proteínas do DNA e transmiti-las para minúsculas fábricas nas células, onde são feitas as proteínas. Essas minifábricas são chamadas ribossomos, e constituem máquinas complicadas construídas a partir do RNA e de vários tipos de proteínas. Os ribossomos têm uma abertura por onde o RNAm os alimenta à maneira de uma fita perfurada do tipo usado por computadores antiquados. A “fita” do RNAm desloca-se pelo ribossomo, que então realiza as suas instruções etapa por etapa, enganchando e ligando os aminoácidos, um a um, na sequência especificada, até que uma proteína inteira tenha sido construída. A vida terrestre cria proteínas a partir de vinte diferentes variedades de aminoácidos,2 e o RNAm registra qual aminoácido vem depois de qual aminoácido, para que o ribossomo possa uni-los na ordem correta.

É muito fascinante ver o que o ribossomo faz para juntar os aminoácidos numa cadeia. Naturalmente, os aminoácidos não aparecem obrigatoriamente na ordem correta, prontos a serem enganchados no final da cadeia. Como é que o ribossomo garante que o RNAm vai receber o seu aminoácido especificado a cada etapa? A resposta se encontra num outro conjunto de moléculas de RNA, chamadas de RNA transportadores ou RNAt na forma abreviada. Cada molécula RNAt particular traz para a fábrica do ribossomo um e apenas um tipo de aminoácido ligado ao seu final, para apresentá-lo à linha de produção.

A cada etapa na montagem da proteína, o truque é conseguir que o RNAt correto, com o aminoácido correto a ele ligado, entregue a sua carga e a transfira para o final da crescente cadeia de proteína, enquanto é rejeitada qualquer uma das restantes dezenove alternativas que possam ser oferecidas. Isso é realizado da seguinte maneira. O RNAm (não custa lembrar, este carrega as instruções) expõe um pouco de informação (isto é, um conjunto de “letras”) que diz “acrescente tal aminoácido agora”. As instruções são implementadas corretamente, porque apenas a molécula de RNAt visada, carregando o aminoácido designado, vai reconhecer o pedaço exposto do RNAm por sua forma e suas propriedades químicas, e vai ligar-se a ele. As outras moléculas de RNAt — as que estão carregando os aminoácidos “errados” — não vão se ajustar apropriadamente ao local da junção. Tendo assim seduzido a molécula de RNAt correta a atracar na linha de produção, o próximo passo é o ribossomo persuadir a recém-chegada carga de aminoácido a se ligar na extremidade final da cadeia de proteína. A cadeia está à espera no ribossomo, pendente a partir da extremidade da molécula de RNAt previamente selecionada. Nesse momento, a última molécula se solta e deixa o ribossomo, passando toda a cadeia para o recém-chegado RNAt, ponto em que este se liga junto com o aminoácido que trouxe consigo. Assim, a cadeia cresce adicionando aminoácidos ao seu início e não ao seu final. Se o leitor não conseguiu compreender tudo isso na primeira leitura, não se preocupe, não é essencial para entender o que se segue. Apenas achei que, por ser tão assombroso, valia a pena relatar o processo com alguns detalhes.

Quando a síntese da proteína está completa, o ribossomo recebe da “fita” RNAm um sinal de “pare”, e a cadeia se desprende. A proteína está agora montada, mas não continua estirada como uma cobra. Em vez disso, ela se enrola numa bola cheia de abaulamentos pequenos, de modo semelhante a um pedaço de elástico que esticamos e depois deixamos que volte a se enrolar com um estalo. Esse processo de dobrar-se pode levar alguns segundos, e ainda é bastante misterioso como é que a proteína atinge a forma final apropriada. Para funcionar adequadamente, a forma tridimensional da proteína tem de ser correta, com os abaulamentos e as cavidades em todos os lugares corretos, e os átomos apropriados virados para o lado de fora. Em última análise, é a sequência particular de aminoácidos ao longo da cadeia que determina a conformação tridimensional final, e consequentemente as propriedades físicas e químicas, da proteína.

Toda essa extraordinária sequência de acontecimentos é repetida em milhares de ribossomos espalhados pela célula, produzindo dezenas de milhares de proteínas diferentes. Vale repetir que, apesar da aparência de propósito, as moléculas participantes são completamente irracionais. Coletivamente podem demonstrar cooperação sistemática, como se seguissem um plano, mas individualmente apenas correm ao redor. O tráfego molecular dentro da célula é essencialmente caótico, impulsionado por atração e repulsão química e continuamente agitado pela energia térmica. Entretanto, desse caos cego surge espontaneamente a ordem.

O relato acima, por mais emocionante que seja, pode dar a impressão de que, fora a replicação, fabricar proteínas é tudo o que importa para a vida. Na verdade, é fácil ficar com essa impressão ao ler os livros didáticos de biologia molecular. No entanto, “Faça proteínas!” é uma descrição bastante escassa das tarefas do DNA. Sem dúvida, a vida envolve bem mais do que isso, não? E que dizer dos rituais de acasalamento, da construção dos ninhos e da estrutura social? E de proezas comportamentais fascinantes como a migração dos pássaros ou a tessitura das teias das aranhas?

Compreender a vida em toda a sua magnífica complexidade significa ir além das meras moléculas e considerar o organismo como um todo, com a sua hierarquia de níveis e organização em grande escala. Requer igualmente distinguir entre a estrutura e a função. O sucesso da biologia molecular provém em grande parte da elucidação das formas e afinidades químicas de certas moléculas como as bases e as proteínas. Mas a vida não pode ser reduzida a um conjunto de formas estáticas reunidas ao acaso. O poder organizacional dos seres vivos requer processos cooperativos que abrangem muitas moléculas e integram o seu comportamento numa unidade coerente. Assim, algo crucial foi deixado de fora do relato até agora. O que é?

A resposta está enterrada na descrição anterior da produção das proteínas. Comecei explicando as formas geométricas das moléculas, a estrutura do DNA e as sequências dos pares de bases, depois sorrateiramente comecei a descrever mensagens, informações e especificações. Em suma, passei da linguagem do hardware para a linguagem do software. Um gene é uma forma material particular no espaço tridimensional, mas é também uma instrução para fazer alguma coisa. O segredo da vida reside nessa função dual dos componentes biológicos. E nada melhor para ilustrar essa dualidade do que o código genético.

O CÓDIGO GENÉTICO

Descrevi a vida como um acordo estabelecido entre os ácidos nucléicos e as proteínas. Entretanto, essas moléculas habitam domínios químicos muito diferentes; na verdade, mal se relacionam. Isso se reflete muito claramente na aritmética da transferência de informações. Os dados necessários para montar as proteínas são armazenados no DNA por meio do alfabeto de quatro letras A, G, C e T. Por outro lado, as proteínas são feitas de vinte tipos diferentes de aminoácidos. É evidente que vinte não cabe em quatro. Então como é que os ácidos nucléicos e as proteínas se comunicam?

A vida terrestre descobriu uma solução elegante para essa desproporção aritmética agrupando as bases em trincas. Quatro bases podem ser arranjadas em 64 diferentes permutações de três, e vinte cabe em 64, sobrando ainda um pouco de espaço para redundância e pontuação. Assim a sequência de degraus da escada do DNA determina, três a três, a sequência exata de aminoácidos nas proteínas que eles prescrevem.

Traduzir das 64 trincas para os vinte aminoácidos significa atribuir a cada trinca (denominada códon) um aminoácido correspondente. Essa atribuição é chamada código genético. A ideia de que a vida usa uma mensagem cifrada foi sugerida pela primeira vez no início da década de 1950 por George Gamow, o mesmo físico que propôs a moderna teoria do Big Bang sobre a origem do universo. Como em todas as traduções, deve haver alguém, ou alguma coisa, que seja bilíngue, nesse caso para passar as instruções codificadas escritas em linguagem dos ácidos nucléicos para um resultado escrito em linguagem dos aminoácidos. Pelo que expliquei, deve ser claro que essa etapa crucial de tradução ocorre nos organismos vivos quando os aminoácidos apropriados são ligados às respectivas moléculas do RNAt antes do processo de montagem da proteína. (Que o leitor me desculpe, mas talvez tenha de voltar atrás e ler as páginas 125-7.) Essa ligação é realizada por um grupo de enzimas inteligentes que reconhecem tanto as sequências de RNA como os diferentes aminoácidos, casando-os de acordo com a atribuição correta.

O código genético, com algumas variações secundárias recentemente descobertas, é comum a todas as formas conhecidas de vida. O fato de o código ser universal é extremamente significativo, pois sugere que foi usado pelo ancestral comum de toda a vida, sendo suficientemente forte para ter sobrevivido ao longo de bilhões de anos de evolução. Sem o código, a produção das proteínas seria uma atividade irremediavelmente ao acaso.

As questões são muitas. Como é que um sistema complicado e específico como o código genético surgiu pela primeira vez? Dentre os 10^70 códigos possíveis baseados em trincas, por que a natureza escolheu este que é usado universalmente? Um código diferente poderia também funcionar? Se há vida em Marte, ela terá o mesmo código genético da vida terrestre? Podemos imaginar uma vida sem código, em que as moléculas interdependentes se relacionem diretamente entre si, baseando-se apenas nas suas afinidades químicas? Ou a origem do próprio código genético (ou, pelo menos, de um código genético) é a chave para a origem da vida? O biólogo britânico John Maynard Smith descreveu a origem do código como o problema mais intricado na biologia evolucionária. Junto com o colaborador Eõrs Szathmáry, ele escreve:3 “O mecanismo de tradução existente é ao mesmo tempo tão complexo, tão universal e tão essencial que é difícil perceber como é que poderia ter surgido, ou como é que a vida poderia ter existido sem ele”.

Para ter uma ideia da razão pela qual o código é um tal enigma, vamos considerar se não há algo especial nos números envolvidos. Por que a vida usa vinte aminoácidos e quatro bases nucleo- tídicas? Seria muito mais simples empregar, digamos, dezesseis aminoácidos e agrupar as quatro bases em duplas em vez de trincas. Mais fácil ainda seria ter apenas duas bases e usar um código binário, como um computador. Se um sistema mais simples tivesse evoluído, é difícil ver como o código mais complicado de trincas teria predominado. A resposta poderia ser um caso de “era uma boa ideia na época”. Se o código evoluiu num estágio muito primitivo da história da vida, talvez até durante a sua fase prebiótica, os números 4 e 20 podem ter sido a melhor maneira de prosseguir por razões químicas relevantes naquele estágio. A vida simplesmente ficou presa a esses números dali em diante, tendo-se perdido o seu propósito original. Ou talvez a escolha de 4 e 20 seja a melhor maneira de realizar a vida. Há uma vantagem no fato de a vida empregar muitas variedades de aminoácidos, porque eles podem ser ligados de mais maneiras para oferecer uma seleção mais ampla de proteínas. Mas há também um preço: com os crescentes números de aminoácidos, aumenta o risco de erros de tradução. Com aminoácidos demais ao redor, haveria maior probabilidade de que o aminoácido errado fosse enganchado na cadeia da proteína. Assim, talvez 20 seja uma boa solução de compromisso.

Um problema ainda mais difícil diz respeito às atribuições da codificação, isto é, que código de trincas é atribuído a que aminoácidos. Como surgem essas atribuições? Como as bases dos ácidos nucléicos e os aminoácidos não reconhecem diretamente uns aos outros, mas têm de se relacionar via intermediários químicos, não há nenhuma razão óbvia pela qual certas trincas devam combinar com certos aminoácidos. Outras traduções são concebíveis. As instruções codificadas são uma boa ideia, mas o código real parece ser bastante arbitrário. Talvez seja simplesmente um acaso congelado, uma escolha aleatória que apenas ficou presa em si mesma, sem significado mais profundo. Por outro lado, talvez haja alguma razão sutil para esse código particular funcionar melhor. Se um código leva vantagem sobre outro, em termos de confiabilidade, então a evolução o favoreceria, e por um processo de refinamento sucessivo seria alcançado o código ótimo. Parece razoável. Mas essa teoria também não está livre de problemas. A evolução darwiniana funciona em etapas incrementais, acumulando pequenas vantagens ao longo de muitas gerações. No caso do código, isso não funciona. Mudar até uma única atribuição se revelaria letal, porque não alteraria apenas uma proteína, mas todo um conjunto de proteínas. Entre essas estão as proteínas que ativam e facilitam o próprio processo de tradução. Assim, uma mudança no código corre o risco de realimentar o próprio mecanismo de tradução que o implementa, levando a uma retroalimentação catastrófica de erros que estragariam todo o processo. Para ter uma tradução acurada, a célula deve primeiro traduzir acuradamente.

Essa conclusão parece paradoxal. Cari Woese^4 sugeriu uma resolução possível. Ele acha que as atribuições de código e o mecanismo de tradução evoluíram juntos. Inicialmente havia apenas um código tosco mas eficaz, e o processo de tradução era muito desleixado. Nesse estágio primitivo, que provavelmente envolvia menos que o presente complemento de vinte aminoácidos, os organismos tinham de se haver com enzimas muito ineficientes: as enzimas altamente específicas e refinadas que a vida usa hoje em dia ainda não tinham evoluído. É evidente que algumas atribuições de código se revelariam melhores que as outras, e que qualquer organismo que empregasse as atribuições menos sujeitas a erro para codificar o pedido de suas enzimas mais importantes teria mais chances de ser o vencedor. Replicaria mais acuradamente, e com isso os seus arranjos codificadores predominariam entre as células filhas. Nesse contexto, uma “melhor” atribuição de código significaria uma atribuição robusta, de modo que, se houvesse um erro de tradução, o mesmo aminoácido seria ainda assim feito, isto é, haveria ambiguidade suficiente para que o erro não fizesse diferença. Ou, no caso de o erro causar a fabricação de um aminoácido diferente, seria um primo próximo do que se pretendia fazer, e a proteína resultante realizaria a tarefa quase com a mesma eficiência. Refinamentos sucessivos desse processo poderiam então levar ao código universal visto hoje em dia—como uma foto que gradativamente entra em foco.

É possível que o código tenha uma explicação mais profunda. Traçada uma tabela das atribuições de codificação, ela pode ser analisada matematicamente para ver se não há padrões ocultos. Peter Jarvis e seus colegas da Universidade da Tasmânia afirmam que o código universal oculta sequências abstratas semelhantes aos níveis de energia dos núcleos atômicos, e poderia até envolver uma propriedade sutil das partículas subatômicas chamada supersimetria.5 Essas correspondências matemáticas podem ser puras coincidências, ou talvez apontem para uma conexão subjacente entre a física das moléculas envolvidas e a organização do código.

Sujeitei o leitor às tecnicalidades do código genético para apresentar um aspecto conceituai geral que vai direto ao âmago do mistério da vida. Qualquer entrada codificada é apenas uma mixórdia de dados inúteis, a não ser que haj a um intérprete ou uma chave. Uma mensagem codificada só é tão boa quanto o contexto em que é empregada. Isto é, ela tem de significar alguma coisa. No capítulo 2, tracei a distinção entre informação sintática e semântica. Em si mesmos, os dados genéticos são mera sintaxe. A utilidade notável das informações genéticas codificadas provém do fato de que os aminoácidos a “compreendem”. As informações distribuídas ao longo de uma cadeia de DNA são biologicamente relevantes. Em linguagem de computador, os dados genéticos são dados semânticos.

Para apresentar essa questão com clareza, vamos considerar o modo como as quatro bases A, G, C e T são arranjadas no DNA. Como foi explicado, essas sequências são como letras num alfabeto, e as letras podem indicar, em código, as instruções para fazer as proteínas. Uma sequência diferente de letras seria quase com certeza biologicamente inútil. Apenas uma fração muito diminuta de todas as possíveis sequências indica uma mensagem biologicamente significativa, assim como apenas certas sequências muito especiais de letras e palavras constituem um livro significativo.6 Outra maneira de expressar esse fato é dizer que os genes e as proteínas requerem graus excessivamente altos de especificidade na sua estrutura. Como afirmei na minha lista de propriedades no capítulo 1, os organismos vivos são misteriosos, não pela sua complexidade per se, mas pela sua complexidade rigidamente especificada. Para compreender plenamente como a vida nasceu da não-vida, precisamos saber não apenas como a informação biológica foi concentrada, mas também como a informação biologicamente útil veio a ser especificada, dado que o meio do qual o primeiro organismo surgiu presumivelmente não passava de uma mistura aleatória de tijolos moleculares. Em suma, como foi que a informação significativa emergiu espontaneamente da confusão incoerente?

Comecei esta seção enfatizando a natureza dual das biomolé- culas: elas podem ser tanto hardware — formas tridimensionais específicas — como software. O código genético mostra o grau de importância do aspecto informacional das biomoléculas. A tarefa de explicar a origem da vida é mais do que descobrir um caminho químico plausível para fora da sopa primordial. Precisamos saber, conceitualmente, como é que simples hardware pode dar origem a software.

ENTENDENDO A MENSAGEM

Estou escrevendo este livro num antiquado computador Macintosh Classic, com uma tela pequena e o encantador hábito de escolher a sua própria tabulação. Como a maioria dos computadores, o meu Mac é feito principalmente de plástico, mas as partes interiores cruciais consistem em metal e semicondutores. Junto com os fios, as placas de circuito e a tela de vidro, esses elementos constituem o hardware do computador. A máquina é inútil, entretanto, sem o software que a instrui sobre o que fazer. Em geral o software é carregado em disquetes. É claro que os disquetes também são hardware, mas é a informação codificada nas suas superfícies que importa, informação que deve ser lida pela máquina. Uma vez que o software adequado se combina com o hardware apropriado, o computador está pronto para o trabalho. O programa pode ser então acionado.

A vida é muito semelhante a isso. Uma célula viva é em grande parte feita de proteínas. Isso é o hardware. A membrana que circun- da a célula é análoga à caixa plástica do meu computador, ou talvez mais precisamente à placa onde se encaixa o microchip, na qual são impressos os circuitos. Não é bom, entretanto, apenas jogar um monte de proteínas num recipiente e esperar que a vida aconteça. Até com os materiais brutos necessários, uma célula não vai fazer nada inteligente sem o software. Esse é normalmente providenciado pelo DNA. Como o disquete, o DNA é ele próprio hardware, mas novamente a característica crucial não é o material de que o DNA é composto, mas a mensagem escrita nos seus pares de bases. Coloque-se essa mensagem no ambiente molecular apropriado — no contexto semântico adequado — e, olhe só, a vida acontece!

Assim a vida é uma mistura feliz de hardware e software. Mais do que mera complexidade, ela é complexidade informada ou instruída. Vamos ilustrar esse ponto sutil, mas absolutamente crucial, com duas analogias. O século XIX foi a grande Era da Máquina. Muitos dispositivos inteligentes foram inventados. Tome-se, por exemplo, o regulador do motor a vapor, um par de bolas ligadas a alavancas que giram a uma velocidade determinada pela pressão do vapor. Se a pressão fica demasiado alta, as bolas giram tão rapidamente que, pela força centrífuga, abrem uma válvula por meio de uma alavanca, reduzindo com isso a pressão. Hoje em dia descreveríamos o princípio que fundamenta esse tipo de mecanismo como “retroalimentação”. Já não se faria a regulagem com bolas. Em seu lugar, um sensor introduziria eletricamente dados sobre a pressão num pequeno computador ou num microprocessador. Esse sistema eletrônico então processaria a informação e transmitiria à válvula ordens para abrir-se ou fechar-se usando um motor. O carro Holden Berina da minha mulher tem um desses microprocessadores para maximizar a eficiência do uso do combustível. Ele decide a que velocidade o motor deve funcionar, quando está em marcha lenta. A diferença entre o regulador mecânico do vapor e o microprocessador eletrônico é que o primeiro é uma solução de hardware para um problema, enquanto o último depende do processamento da informação e do software.

O poder do software é que ele pode agir como uma interface entre elementos fundamentalmente diferentes — diferentes tipos de hardware que do contrário não poderiam se relacionar eficazmente. Compare-se a dificuldade de tentar guiar uma pipa com a facilidade de fazer um aeromodelo voar por controle remoto. A diferença aqui se reduz a hardware versus software. O puxão nas linhas da pipa é um modo direto, mas desajeitado, de casar o hardware da pipa e o hardware de controle (a pessoa no solo). O sistema de rádio, que primeiro codifica as instruções e depois transmite os dados codificados para serem interpretados na outra ponta, funciona com muito mais eficiência. Sem dúvida, o fluxo informativo do solo até o aeromodelo também pode ser descrito em termos de hardware: as ondas de rádio se propagam do transmissor para o receptor, onde elas induzem uma corrente elétrica que aciona circuitos e move as folhas de metal do aeromodelo etc. Entretanto, essa descrição de hardware é meramente incidental ao desempenho do avião. O papel das ondas de rádio é simplesmente servir de canal de informação. As próprias ondas não fazem o avião se mover ao redor. Em vez disso, a informação codificada aproveita outras forças mais poderosas para realizar a tarefa.

Uma pipa que se move desajeitadamente é um mecanismo acionado por cabos, enquanto o avião controlado pelo rádio, mais eficiente, é um mecanismo controlado pela informação. Num organismo vivo, vemos o poder do software, ou processamento de informação, refinado a um grau incrível. As células não são acionadas por cabos, como as pipas. Em vez disso, o fluxo de informação casa o material dos ácidos nucléicos com o material das proteínas usando o código genético. A energia armazenada é então liberada, e forças são aproveitadas para executar as instruções programadas, assim como acontece com o avião controlado pelo rádio.

Visto dessa maneira, o problema da origem da vida se reduz a compreender como o software codificado emergiu espontaneamente do hardware. Como foi que isso aconteceu? Não se trata aqui de uma simples questão de refinamento e adaptação, nem apenas de uma amplificação da complexidade, nem mesmo da utilização da informação, mas de uma mudança fundamental de conceito. É como tentar explicar como uma pipa pode evoluir para um avião controlado pelo rádio. As leis da natureza como as compreendemos hoje em dia podem explicar essa transição? Não acredito que possam. Para compreender por que não, é necessário mergulhar um pouco mais profundamente no caráter informacional da vida.

UM CÓDIGO DENTRO DO CÓDIGO?

Expliquei como a vida, no fundo, tem a mesma estrutura lógica de um computador. Esse fato oferece a oportunidade de injetar um pouco de precisão nas noções um tanto escorregadias de complexidade e informação biológica com o auxílio da teoria da computação. (O leitor não precisa se desesperar; não vou recorrer à matemática avançada.) Grande parte do desconcerto sobre a vida se deve à confusão no significado de termos como ordem, organização, entropia, acaso, aleatoriedade, informação e complexidade. Essas palavras são frequentemente empregadas de modo desleixado ou ambíguo, sem uma definição apropriada. Em particular, ordem e organização são frequentemente confundidas.

Primeiro, vamos examinar a aleatoriedade. Vou tomar como um exemplo elementar uma série de uns e zeros. A Figura 4.4 mostra essa série de números. Evidentemente ela não é aleatória, mas periódica. Um modo útil de expressar o padrão mostrado é em termos de informação. (O sistema binário de 0 e 1 pode certamente ser usado para codificar a informação; é assim que a maioria dos computadores comuns funcionam.) Poderíamos abreviar todo o conteúdo de informação da Figura 4.4 no simples comando “Imprima 10 vinte e cinco vezes”. Se eu quisesse preencher a página com uma continuação dessa série binária, o comando abreviado não seria muito mais longo. Em outras palavras, podemos comprimir a informação de uma sequência periódica numa fórmula compacta, ou algoritmo como é chamado pelos matemáticos. Um algoritmo de computador é apenas uma receita, ou procedimento mecânico, para gerar alguma saída. No caso em discussão, o algoritmo elementar “Imprima 10 vinte e cinco vezes” gera a série mostrada na Figura 4.4.

A razão pela qual podemos comprimir a longa série de dígitos em algumas instruções básicas é que a sequência contém um padrão regular. Também podemos imaginar padrões mais complicados, mas ainda assim passíveis de serem expressos por uma fórmula ou algoritmo relativamente curto. Em oposição, se uma série de zeros e uns não tivesse nenhum padrão — se fosse aleatória —, então não seríamos capazes de encontrar uma descrição abreviada para ela. Nenhum pequeno algoritmo caprichado seria capaz de gerá-la como saída de um simples processo computacional. Gregory Chaitin, cientista da computação na IBM, produziu uma teoria poderosa e abrangente da informação e da complexidade algorítmica, e aplicou-a a muitos exemplos físicos, inclusive sistemas biológicos.7 Ele propõe a definição de uma sequência aleatória como aquela que não pode ser algoritmicamente comprimida: a descrição mais curta de uma sequência aleatória é simplesmente a própria sequência.

Usando essa definição “algorítmica”, ou de programa de computador, da aleatoriedade, é óbvio que uma sequência aleatória é também uma sequência rica em informação, porque o conteúdo da informação não pode ser compactado numa fórmula simples. Em oposição, um padrão não aleatório, como a sequência periódica mostrada na Figura 4.4, contém muito pouca informação, porque pode ser abreviado numa descrição simples (“10 vinte e cinco vezes”). Se todo o objetivo de uma sequência é codificar informação, como num genoma, os padrões são má notícia. A aleatoriedade é a forma apropriada.

A Figura 4.5 mostra uma série de uns e zeros que parece bastante aleatória. Mas podemos ter certeza? Como é que sabemos que não há um padrão sutil escondido na sequência? Na realidade, ele existe. A sequência mostrada são os primeiros cinquenta dígitos do número pi, expresso em código binário. Pode ser gerada por algumas linhas de programa de computador baseadas numa fórmula simples. Entretanto, se não soubéssemos disso, não descobriríamos nenhum padrão: a sequência satisfaz todos os testes estatísticos para a aleatoriedade. Mas, usando-se a definição algorítmica, pi não é aleatório.

Até agora restringi a discussão à matemática. E que dizer da natureza? Podemos usar o conceito da aleatoriedade algorítmica para expressar de forma muito vigorosa a noção de lei. Uma lei da natureza é, em essência, apenas uma forma simples de descrever (ou predizer) um comportamento complicado. Para tomar um exemplo bem conhecido, vamos considerar os eclipses do Sol. Se escrevêssemos a data de cada eclipse sucessivo e a expressássemos em código binário, obteríamos uma série de uns e zeros que pareceria aleatória. Mas a aparência seria enganosa. Podemos usar as leis de Newton para predizer as datas dos eclipses e todas as outras características das órbitas planetárias. As leis de Newton são simples fórmulas matemáticas que podem ser escritas num pequeno cartão-postal, por isso a informação sobre todos esses eclipses, e na verdade as posições da Terra e da Lua em todos os dias do ano, já estão implícitas num algoritmo bastante curto. O sistema Terra- Sol-Lua é, portanto, relativamente pobre em informação, exibindo muitos padrões e regularidades profundos.8

A padronização, ou ordem, revelada no movimento dos planetas e representada pela existência de um simples algoritmo new- toniano, é um exemplo de uma lei da física. De um modo bem geral, quando falamos que uma lei está em operação, queremos dizer que os dados que descrevem o comportamento do sistema não são aleatórios, e que o futuro do sistema pode ser acuradamente predito com uma fórmula bastante simples.

Agora podemos perceber a verdadeira natureza do mistério biológico. A Figura 4.6 mostra mais uma sequência binária. Desta vez, a sequência é parte do genoma do vírus MS2, expresso^9 por meio das atribuições A = 00, U = 11, G = 01, C = 10. Façamos a pergunta: a sequência mostrada na Figura 4.6 é aleatória,10 ou existe uma fórmula ou algoritmo simples que poderia gerá-la como saída de um processo computacional? Em outras palavras, existe um código dentro do código genético — um palimpsesto — que diga “organismo”? Acho que a maioria das pessoas responderia não. Intuitivamente, sentem que a sequência deve ser aleatória. Por quê? Bem, vamos supor que eu mostrasse o genoma de um ser humano em vez do genoma do MS2. Parece repugnante sugerir que a nossa constituição essencial, inclusive grande parte de nossa personalidade, possa ser “reduzida a uma simples fórmula”. Deve haver algo mais num ser humano (ou até num vírus) do que informações que podem ser apreendidas por uma manobra trivial de computação, não? Imagine se você fosse, corpo e alma por assim dizer, pouco mais do que a raiz quadrada de algum número indistinto, extraído de uma máquina molecular que usa um alfabeto de quatro letras!

Há também uma razão menos emotiva para acreditar que o genoma é principalmente aleatório. A tarefa de um genoma é afinal armazenar informação genética. Dadas a complexidade e a variabilidade quase sem limites dos seres vivos, tão necessárias para torná-los capazes de se adaptar, deve haver muita informação específica contida em cada genoma. Mas se os genomas são ricos em informação, como é exigido para a sua função biológica, então eles têm de ser aleatórios (ou quase aleatórios).11 Um genoma periódico, por exemplo, claudicaria com uma mensagem genética repetitiva tão inútil como um disco empacado. Não há código dentro do código.

Agora o leitor deve estar pensando que, se a organização biológica é aleatória, a sua gênese deve ser fácil. É, afinal, uma simples questão de criar padrões aleatórios. Vamos tomar um jarro de grãos de café e derramá-los no chão. A natureza é certamente cheia de processos caóticos e fortuitos que poderiam criar uma macromolécula aleatória como um genoma, não?

É uma boa pergunta, e assinala o ponto em que deparamos com a natureza verdadeiramente sutil e misteriosa da vida da maneira mais gritante. Fato número um: a imensa maioria das possíveis sequências numa molécula de um ácido nucléico são sequências aleatórias. Fato número dois: nem todas as sequências aleatórias são genomas potenciais. Longe disso. Na verdade, apenas uma fração muito diminuta de todas as possíveis sequências aleatórias seria, ainda que remotamente, funcional em termos biológicos. Um genoma em funcionamento é uma sequência aleatória, mas não é qualquer sequência aleatória. Pertence a um subconjunto muito, muito especial de sequências aleatórias, isto é, àquelas que têm em código informação biologicamente relevante. Todas as sequências aleatórias do mesmo comprimento têm em código mais ou menos a mesma quantidade de informação, mas a qualidade dessa informação é crucial: na imensa maioria dos casos seria, em termos biológicos, um puro palavrório confuso.

A conclusão a que chegamos é clara e profunda. Um genoma funcional é tanto aleatório como altamente específico — propriedades que parecem quase contraditórias. Deve ser aleatório para conter quantidades substanciais de informação, e deve ser específico para que essa informação seja biologicamente relevante. O enigma que temos então diante de nós é como essa estrutura passou a existir. Sabemos que o acaso pode produzir a aleatoriedade, e sabemos que alei pode produzir um produto final específico e previsível. Mas como podem as duas propriedades estar combinadas num único processo? Como pode uma mistura de acaso e lei cooperar para produzir uma estrutura aleatória específica?

Para dar uma ideia do que estamos enfrentando com esse dilema, é mais ou menos como despejar os grãos de café de um jarro para criar um padrão aleatório particular. Não apenas qualquer padrão aleatório, mas um padrão aleatório definido, rigorosamente específico e predeterminado. A tarefa parece formidável. Uma lei, por sua própria conta, sem um enorme elemento de sorte (isto é, acaso), poderia fazer tal coisa? A aleatorieáaáe específicapode ser o produto garantido de um processo determinista, mecânico, regido por lei, como uma sopa primordial deixada à mercê das leis conhecidas da física e da química? Não, não poderia. Nenhuma lei conhecida da natureza poderia realizar essa tarefa — um fato da mais profunda significação, como veremos no capítulo final.

Se achou a argumentação precedente persuasiva, o leitor poderia ser perdoado por concluir que um genoma é realmente um objeto milagroso. Entretanto, a maioria dos problemas que delineei acima se aplica com igual força à evolução do genoma ao longo do tempo. Nesse caso, temos uma solução pronta para o enigma, chamada darwinismo. As mutações aleatórias mais a seleção natural são um modo seguro de gerar informação biológica, transformando ao longo do tempo um curto genoma aleatório num longo genoma aleatório. O acaso sob a forma de mutações e a lei sob a forma de seleção formam a combinação certa de aleatoriedade e ordem necessária para criar o “objeto impossível”. A informação necessária provém, como vimos, do ambiente.

Ora, a evolução darwiniana é um longo e árduo processo. A vida tem de lutar muito para elaborar o seu banco de genes dessa maneira. E que dizer do primeiro genoma? Também foi o produto de um processo evolucionário igualmente duro, ou a sua complexidade surgiu de forma gratuita? Os cientistas da computação conhecem certos problemas computacionais que são irredutivelmente complexos: isto é, não podem ser reduzidos a simples procedimentos elegantes. Um famoso exemplo é o chamado problema do caixeiro-viajante, que implica descobrir o caminho mais curto que o negociante deve tomar por um grupo de cidades, sem visitar cada uma delas mais de uma vez. Problemas como esse se revelam computacionalmente intratáveis, não porque não possam ser resolvidos, mas porque a quantidade de computação requerida aumenta com o seu tamanho (com o número total de cidades no exemplo citado).

Ao que parece, o processamento de informação necessário para gerar um genoma seria também computacionalmente intratável. Escolher uma sequência aleatória particular dentre todas as possíveis sequências parece tão desanimador quanto um caixeiro- viajante diante da necessidade de visitar 1 milhão de cidades. O que põe o paradoxo central da biogênese nos seguintes termos: uma vez que se requer uma longa e árdua computação (isto é, uma sequência de etapas de processamento de informação) para fazer o genoma de um micróbio evoluir para o do homem, poderia o (já considerável) genoma de um micróbio passar a existir sem um processo comparativamente longo e árduo? Na fase anterior à entrada em cena da evolução darwiniana, como é que um tipo muito particular de informação poderia ter sido recolhido do ambiente não vivo e depositado em algo como um genoma?

Visto à luz da teoria da computação, o problema da biogênese parece tão complicado quanto visto pelos olhos do físico ou do cientista. E as dificuldades não são puramente técnicas. Avultam também espinhosos problemas filosóficos. Conceitos como informação e software não se originam das ciências naturais, mas da teoria da comunicação (ver capítulo 2), e implicam qualificadores como contexto e modo de descrição — noções que são totalmente alheias à descrição do mundo feita pelo físico. Entretanto, a maioria dos cientistas aceita que os conceitos informacionais se aplicam legitimamente aos sistemas biológicos, e trata animadamente da informação semântica como se fosse uma quantidade natural como a energia. Infelizmente, o “significado” parece perigosamente próximo da intenção, um tema totalmente tabu em biologia. Assim, ficamos com a contradição de que precisamos aplicar conceitos derivados de atividades humanas intencionais (comunicação, significado, contexto, semântica) a processos biológicos que certamente parecem intencionais, mas na realidade não o são (ou não devem ser).

Na ciência, há claramente o perigo de projetar na natureza categorias e conceitos derivados do mundo das atividades humanas, como se fossem intrínsecos à própria natureza. Mas, afinal de contas, os seres humanos são produtos da natureza, e se os humanos têm intenções, então em algum nível a intencionalidade deve surgir da natureza, e ser portanto inerente à natureza. A intencionalidade é uma propriedade que só aparece no nível relativamente elevado do Homo sapiens, ou existe também em outros animais? Quando um cachorro procura e desenterra um osso, ele “deseja” recuperar o osso? Quando uma ameba se aproxima e engole uma partícula de comida, ela “pretende” em qualquer sentido tragá-la? A intenção pode ser uma propriedade genuína da natureza até no nível celular ou mesmo subcelular? Não há consenso nas respostas a essas perguntas,12 mas nenhuma explicação da origem da vida está completa sem examiná-las.

5. O paradoxo do ovo e da galinha

Há alguns anos, a televisão BBC apresentou uma série de ficção científica envolvente, ainda que um tanto depressiva, chamada Os sobreviventes, sobre uma doença que eliminava a maioria da humanidade. Apenas um punhado de pessoas continuavam vivas, forçadas a defender a sua existência da melhor maneira possível. Reduzida a viver dos restos recolhidos, essa comunidade sitiada logo esgotou os seus recursos e se viu ameaçada de extinção. Num acesso de pessimismo, os dois personagens centrais começam a discutir. O que aconteceria quando até os produtos básicos acabassem? perguntou a mulher. Seu parceiro fez-se de bravo diante da situação: as pessoas simplesmente teriam de começar a fazer as coisas por si mesmas. Se tivesse uma serra, sugeriu tranquilizadoramente, eu seria capaz de construir uma mesa. “Mas o que vai acontecer quando a última serra quebrar?” replicou a mulher. “Você não tem as ferramentas para fazer as ferramentas.”

O apuro dos sobreviventes ilustra até que ponto somos dependentes uns dos outros em nossa moderna sociedade tecnológica. Todo mundo precisa de todo mundo para manter todo o processo em andamento. Como tal, é uma metáfora para toda a vida. A célula é uma elaborada comunidade autossustentável de moléculas, cada uma dependente das outras. Tome-se o DNA. Apesar de sua tão alardeada longevidade, ele não pode fazer muito sozinho, porque é quimicamente impotente. Tem uma agenda grandiosa, mas para implementá-la o DNA deve recrutar a ajuda das proteínas. Como expliquei, as proteínas são feitas por máquinas complicadas chamadas ribossomos, segundo as instruções codificadas recebidas do DNA via o RNAm. O problema é o seguinte: como as proteínas poderiam ser feitas sem o DNA para fornecer o código, o RNAm para transcrever as instruções, e os ribossomos para montá-las? Mas sem as proteínas já à mão, como podem o DNA, os ribossomos e todo o resto da parafernália ser feitos em primeiro lugar? É um dilema insolúvel.

Toda a vida conhecida gira em torno da boa acomodação entre o DNA e as proteínas: o software e o hardware. Um necessita do outro. Assim, o que apareceu primeiro? Já deparamos com esse tipo de paradoxo do ovo e da galinha no capítulo 2, no que dizia respeito à chamada catástrofe dos erros, que limita o número de erros de cópia na replicação genética, mas o problema é muito mais geral. Parece haver uma circularidade enigmática na vida, um tipo de complexidade irredutível que alguns consideram totalmente misteriosa.1

Neste capítulo discutirei várias tentativas de romper esse círculo vicioso, mas primeiro quero propor uma ideia geral. O drama da BBC nos lembra que os sistemas complexos podem entrar irreversivelmente em ciclos de dependência. Ninguém sugere que a sociedade tecnológica não pode ter surgido por uma evolução gradual, só porque todos precisamos uns dos outros hoje em dia. Tome-se um caso simples. Um ferreiro modela o ferro usando ferramentas de ferro: ele precisa de instrumentos de ferro para fazer instrumentos de ferro. Assim, de onde surgiram os primeiros instrumentos de ferro? Devem ter caído do céu, já prontos? Claro que não. Os primeiros ferreiros devem ter usado maças de pedra, por exemplo, ou instrumentos de outros metais, para modelar os primeiros martelos de ferro.

Há muitas maneiras diferentes de evoluir e passar por ciclos tecnológicos sofisticados a partir de um começo desajeitado, mas, uma vez estabelecido, o ciclo rapidamente se torna refinado. Quando isso acontece, sobrevivem poucos vestígios de suas origens de tecnologia pobre. Os organismos de hoje são cheios de ciclos químicos de alta tecnologia que de algum modo devem ter surgido de tentativas moleculares há muito abandonadas. Podemos vislumbrar um princípio geral que ajuda a explicar como isso talvez tenha acontecido. Se A necessita de B e B necessita de A, há um tipo de circuito de retroalimentação causal. Uma pequena mudança em A tem repercussões em B, que por sua vez causa impacto em A, e assim por diante, refazendo-se indefinidamente o circuito. A retroalimentação causal pode produzir efeitos dramáticos de amplificação. Se ocorre um aperfeiçoamento ocasional em, digamos, A de modo a aperfeiçoar B que, por sua vez, aperfeiçoa A, então o aperfeiçoamento é rapidamente reforçado.

Ninguém espera que os ácidos nucléicos e as proteínas tenham surgido já prontos, com suas propriedades mutuamente benéficas já inscritas. Uma associação mais grosseira de elementos químicos deve ter surgido primeiro, para ser refinada até a sua presente forma por uma sucessão de circuitos de retroalimentação combinados com a seleção darwiniana. De algum modo, ao longo do caminho, ocorreu uma divisão em hardware e software, galinha e ovo. Quanto a isso, há consenso. Mas o ponto em que não há consenso é a ordem básica dos acontecimentos. A controvérsia é violenta quanto ao que começou primeiro.

Uma olhada na cadeia de comandos da célula moderna revela que o DNA é o chefe, comandando o espetáculo com suas instruções codificadas, fazendo o RNA realizar todo o trabalho de busca e transporte, e dizendo aos ribossomos que proteínas devem criar a seguir. As proteínas têm um papel completamente servil, mas são as verdadeiras trabalhadoras.

Como expliquei, o DNA é uma nulidade química, mas seu primo irmão, o RNA, é um pouco mais potente. O RNA é de fato muito versátil, executando várias tarefas essenciais na célula que parecem remontar às formas de vida mais primitivas. Entre suas muitas funções, o RNA transcreve e passa adiante as instruções do DNA. Desempenha, portanto, um papel subordinado, mas crucial em termos genéticos. Mesmo assim, o RNA é composto de (quase) o mesmo alfabeto de quatro letras do DNA, e poderia agir como um genoma. Para falar a verdade, ele às vezes age como um genoma: certos vírus usam o RNA em lugar do DNA. Assim o RNA pode certamente fazer a tarefa de armazenar os dados genéticos. É mais frágil que o DNA, mas de modo algum inútil.

Na década de 1960, Leslie Orgel, do Instituto Salk de La Jolla, Califórnia, sugeriu que talvez o RNA tenha surgido primeiro, não somente antes do DNA, mas também antes das proteínas. A questão óbvia é o que desempenhou o papel das enzimas na ausência das proteínas. Uma resposta possível apareceu em 1983. Thomas Cech e seus colaboradores, na Universidade de Colorado, e Sydney Altman e sua equipe, em Yale, descobriram que o RNA é quimicamente bastante ativo a ponto de se comportar como um catalisador fraco.2 Embora não possa igualar a proeza catalítica das proteínas, o RNA pode imitar certas enzimas que facilitam a divisão e a junção de outras cadeias de RNA. OS bioquímicos não demoraram a reconhecer que, se o RNA podia de algum modo catalisar a sua própria replicação, a vida talvez tivesse começado com uma sopa de moléculas de RNA agindo como depósitos genéticos e, quando dobradas em formas tridimensionais apropriadas, como catalisadores. O hardware e o software estariam presentes no mesmo grupo de moléculas.3 Essa teoria se tornou conhecida como o mundo RNA.

Defensores da teoria do mundo RNA supõem que uma sopa contendo moléculas de RNA pode evoluir segundo um processo do tipo darwiniano. Normalmente o darwinismo é associado com organismos como células, mas em princípio só precisa de replicação, variação e seleção. Isso pode ocorrer até em nível molecular, e os bioquímicos usam os termos evolução molecular ou darwinismo molecular para descrever o que acontece. É um ponto discutível se podemos definir como viva alguma coisa que pode evoluir segundo o modo darwiniano. Em caso positivo, é possível que as moléculas de RNA (num ambiente químico adequado) já poderiam ser consideradas coisas vivas.

Um famoso experimento, realizado no final da década de 1960, tentou demonstrar como o darwinismo poderia agir em nível molecular.4 Era baseado num pequeno vírus RNA chamado Q. Um vírus é simplesmente uma cadeia de DNA OU RNA encerrada numa capa de proteínas. Embora os vírus armazenem informação genética, não conseguem se replicar por conta própria. Para se replicarem, eles invadem as células e assaltam-lhes o aparelho reprodutivo, adaptando-o para gerar mais vírus. O fato de que alguns vírus usem o RNA como genoma implica que poderiam ser relíquias sobreviventes de um mundo RNA.

O vírus Q não precisa de nada tão complicado como uma célula para se replicar: um tubo de ensaio cheio de elementos químicos adequados é o suficiente. O experimento, realizado por Sol Spiegelman, da Universidade de Illinois, consistia em introduzir o RNA virai num meio contendo a enzima de replicação do próprio RNA, junto com um suprimento de matérias-primas e alguns sais, e em incubar a mistura. Quando Spiegelman executou essa experiência, o sistema obsequiosamente replicou as cadeias do RNA puro. Spiegelman então extraiu alguns dos RNA recém-sintetizados, colocou-os numa solução nutriente separada e deixou que se multiplicassem. Depois decantou alguns desses RNA em outra solução e assim por diante, numa série de etapas.

O efeito de se permitir uma replicação irrestrita foi que o RNA que se multiplicava mais rápido vencia e era passado para a “próxima geração” na série. Portanto, a operação de decantação substituiu, de forma extremamente acelerada, o processo competitivo básico da evolução darwiniana, agindo diretamente sobre o RNA. Sob esse aspecto, lembrava um mundo RNA.

Os resultados de Spiegelman foram espetaculares. Como se esperava, ocorreram erros durante a replicação. Livres da responsabilidade de trabalhar para viver e da necessidade de manufaturar capas de proteínas, as cadeias de RNA alimentadas por meios artificiais começaram a emagrecer, desfazendo-se de partes do genoma que já não eram exigidas e que se mostravam apenas um estorvo. Aquelas moléculas RNA que conseguiam se replicar mais rapidamente logo passaram a predominar pela simples razão de que se multiplicavam bem mais que as concorrentes. Depois de 74 gerações, o que começou como uma cadeia RNA com 4500 bases nucleotídicas acabou como um genoma anão com apenas 220 bases. Esse replicante tosco, sem enfeites, podia se replicar com muita rapidez. Recebeu o nome de monstro de Spiegelman.

Por mais incríveis que fossem os resultados de Spiegelman, ainda estava por vir uma surpresa bem maior. Em 1974, Manfred Eigen e seus colegas também realizaram experimentos^5 com um caldo químico contendo a enzima de replicação do Q e saís, além de uma forma energizada das quatro bases que compõem os tijolos do RNA. Tentaram variar a quantidade de RNA virai inicialmente acrescentado à mistura. À medida que reduziam progressivamente a quantidade inicial de RNA, OS experimentadores descobriram que ele passava a desfrutar de um crescimento exponencial sem obstáculos. Até uma única molécula de RNA acrescentada ao caldo era o bastante para desencadear uma explosão populacional. Mas foi então que se descobriu algo verdadeiramente surpreendente. As cadeias replicantes de RNA ainda eram produzidas mesmo quando não se acrescentava nem uma única molécula do RNA virai! Para retornar à minha analogia arquitetônica, era mais ou menos como jogar uma pilha de tijolos numa misturadora gigantesca e produzir, se não uma casa, pelo menos uma garagem. A princípio Eigen achou difícil acreditar nos resultados, e verificou se não tinha ocorrido nenhuma contaminação acidental. Logo os experimentadores se convenceram de que estavam testemunhando pela primeira vez a síntese espontânea de cadeias de RNA a partir de seus tijolos básicos. A análise revelou que, em algumas condições experimentais, o RNA criado se parecia com o monstro de Spiegelman.

Para alguns observadores, os experimentos de Eigen já significam a criação da vida num tubo de ensaio. Spiegelman, lembre-se, extraiu RNA de um vírus que por algumas definições seria considerado uma coisa viva. Seguindo uma sequência contínua de etapas, ele produziu um mutante de tubo de ensaio que era muito menor, mas ainda capaz de replicação. Eigen começou de baixo para cima, realizando a montagem molecular a partir de simples tijolos, e encontrou Spiegelman a meio caminho ao produzir uma molécula RNA replicante similar ao derivado outrora vivo de Spiegelman. Nenhuma linha divisória cruzou esse caminho, nada separou o domínio dos vivos daquele dos não-vivos. Tinha se identificado uma sequência que conduzia sem fissuras de uma simples mistura química até um vírus viável.

Os experimentos de Eigen recriam os passos que a natureza deu ao criar a vida a partir de materiais não vivos? Claro que não. Por mais emocionantes que sejam os experimentos, são altamente planejados e estão muito distantes das condições naturais que prevaleciam na jovem Terra. Em particular, para realizar a síntese do RNA, Eigen teve de usar uma mistura química muito cuidadosamente preparada que, crucialmente, incluía uma enzima de repli- cação especialmente elaborada, que foi extraída de um organismo vivo. Essa enzima é altamente especializada, não sendo a espécie de molécula que existiria na Terra antes do surgimento da vida. Eigen está longe de demonstrar que as bases dos ácidos nucléicos vão se reunir e replicar espontaneamente numa mistura incoerente como uma sopa primordial.

Muitos bioquímicos reconhecem esse problema e questionam se o RNA foi realmente a primeira molécula replicante ofertada. Afinal, a replicação por complementaridade poderia funcionar com muitos outros tipos de moléculas, inclusive estruturas mais simples e mais facilmente sintetizadas. Uma vez posta em funcionamento, a replicação por complementaridade poderia ter sido refinada sucessivamente pela evolução molecular. Cada mutação que aumentasse a eficiência do processo de replicação se propagaria rapidamente pela sopa química por meio do efeito multiplicador. Em algum estágio, esse processo de refinamento constante poderia ter produzido o RNA como o melhor replicante disponível. É possível que as primeiras moléculas de RNA contivessem bases adicionais, e não apenas as quatro usadas hoje em dia. Entretanto, a confortável complementaridade dois-a-dois dos quatro nucleo- tídeos sobreviventes assegurou que acabassem sendo escolhidos e os outros desconsiderados no jogo da replicação. Durante esse período de tropeços prebióticos, a replicação teria sido altamente ineficiente pelos padrões atuais, porque o caldo químico não tinha as importantes enzimas necessárias para fazer com que o processo se desenvolvesse com rapidez.

Aceitando por enquanto esse roteiro, a próxima questão a ser tratada é determinar como um mundo RNA limitado evoluiu para o presente sistema dual de ácidos nucléicos e proteínas ligados por um código genético. Os pesquisadores supõem que o gene primitivo foi um precursor do moderno RNA transportador. Citam duas razões para se decidirem por essa molécula. Primeiro, o RNAt evoluiu muito pouco ao longo do tempo: algumas moléculas RNAt dos homens e dos sapos são idênticas. O que sugere que tenham uma longa história. Segundo, a própria tarefa do RNAt é ligar-se com aminoácidos apropriados, o material das proteínas. Assim, existe aqui o vislumbre de uma associação. Os aminoácidos teriam sido indubitavelmente abundantes em qualquer sopa primordial. Uma molécula de RNA que pudesse interagir com os aminoácidos tinha potencial para reuni-los em proteínas. Assim, o próximo passo no mundo RNA foi que essas cadeias de RNA primitivas começassem a criar proteínas por acaso. Ninguém sabe como esse acontecimento fundamental teria se dado; há teorias, mas poucos fatos sólidos. Tudo pode ter começado com nada mais sensacional que duas moléculas de RNA colidindo, e uma transferindo a sua carga para a outra e criando uma dupla cadeia de aminoácidos pendendo do RNA. Depois um terceiro aminoácido poderia ter sido acrescentado, e assim por diante. Alguns desses polipeptídios primitivos teriam sem dúvida causado um efeito favorável na replicação do RNA, e com isso um ciclo de auto-reforço seria estabelecido: o RNA gerava proteínas, que por sua vez aceleravam a produção de mais RNA e mais proteínas, e assim por diante. As proteínas que auxiliavam a replicação do RNA com mais eficiência seriam recompensadas com mais cópias de si mesmas. Dessa forma, passo após (retorcido) passo, a parceria íntima dos ácidos nucléicos com as proteínas se estabeleceria. Pelo menos, essa é a história.

Um problema complicado que poderia ser resolvido por essa teoria é o de contornar a armadilha da catástrofe dos erros (ver pp. 66-7). É preciso lembrar que longas cadeias de RNA são muito vulneráveis a erros de cópia, enquanto as curtas não conseguem armazenar informação suficiente para gerar boas máquinas de cópia. Entretanto, várias moléculas curtas de RNA reunidas poderiam cooperar e dividir a carga genética entre si. Imagine-se um ciclo fechado de reações químicas em que vários RNAS catalisam a replicação um do outro: por exemplo, A faz B, B faz C, C faz D, e D faz A. O sistema forma assim um ciclo autoreforçador de reações, denominado um hiperciclo. Se esse ciclo químico fica encerrado numa membrana, ao modo de uma célula primitiva, ele tem a possibilidade de passar por uma mutação que aperfeiçoe a eficiência do processo de replicação. Se a célula também se divide por simples fissão mecânica, essa mistura bem-sucedida de elementos químicos pode ser herdada pelas células filhas. Dessa maneira seria possível um tipo rudimentar de evolução, à medida que as células contendo os hiperciclos mais eficientes se replicassem mais que as outras.6

Por mais promissor que pareça o roteiro do mundo RNA, ele tem muitos detratores. Eles apontam que, por melhor que seja a teoria, os experimentos em tubo de ensaio são frequentemente fracassos terríveis. Reações capitais se recusam teimosamente a acontecer sem procedimentos cuidadosamente planejados e sem a ajuda de catalisadores especiais. As cadeias de ácidos nucléicos são notoriamente frágeis, e tendem a se romper muito antes de terem adquirido os cerca de cinquenta pares de bases necessários para que atuem como enzimas. A água ataca e rompe os polímeros do ácido nucléico assim como faz com os peptídeos, lançando dúvida sobre qualquer versão de sopa num mundo RNA. Mesmo a síntese das quatro bases necessárias como tijolos tem sérios problemas. Pelas observações dos bioquímicos, é uma estrada longa e difícil produzir replicadores RNA eficientes a partir do nada. Sem dúvida, um meio poderia ser finalmente encontrado sem grandes dramas para cada etapa na sequência química a ser realizada no laboratório, mas apenas em condições altamente artificiais, usando elementos químicos preparados e purificados nas proporções corretas. A dificuldade é que há muitas dessas etapas envolvidas no processo, e cada uma requer condições especiais diferentes. É altamente duvidoso que todas essas etapas acontecessem obsequiosamente uma depois da outra “na natureza”, onde uma sopa ou escuma química teria de contar apenas com uma alimentação trivial.

É inevitável a conclusão de que, sem um químico orgânico treinado para supervisionar o experimento, a natureza lutaria para fazer o RNA a partir de uma sopa diluída em quaisquer condições prebióticas plausíveis. Assim, embora um mundo RNA pudesse concebivelmente funcionar e evoluir para a vida se nos fosse entregue num prato (talvez uma terrina de sopa fosse uma metáfora melhor), fazer o mundo RNA surgir de uma mistura química bruta é outra história inteiramente diferente.

A essas diversas dificuldades acrescenta-se o problema da qui- ralidade—esquerda versus direita—que mencionei no capítulo 3. O fato de toda a vida sobre a Terra ser baseada em moléculas com a mesma preferência por um dos lados não é meramente uma curiosidade: a replicação do RNA estaria ameaçada num ambiente em que as versões esquerda e direita das moléculas básicas estivessem igualmente presentes. Ficariam comprometidos os arranjos complementares cruciais do tipo fechadura-e-chave, pelos quais as bases formam pares com as bases complementares segundo suas formas, se moléculas com preferência “errada” por um dos lados engatassem nas aberturas. A esquerda estragaria o que a direita estava fazendo. A menos que se encontrasse um meio de a natureza criar uma sopa com moléculas que tivessem preferência apenas por um dos lados, a síntese espontânea do RNA seria uma causa perdida.

Os patrocinadores do roteiro do mundo RNA não têm sido bombardeados com críticas apenas dos químicos, mas também dos biólogos. Se a vida começou com a replicação do RNA, seria de esperar que os mecanismos de replicação necessários fossem muito antigos e, portanto, comuns a toda vida existente. Entretanto, a análise genética revela que os genes que codificam a replicação do RNA diferem marcadamente nos três domínios da vida, sugerindo que a replicação do RNA foi refinada algum tempo depois do período devida do ancestral comum.

A ideia tem sido igualmente criticada por motivos teóricos. A teoria do mundo RNA focaliza exclusivamente a replicação em detrimento do metabolismo. Como já enfatizei, a vida é algo mais do que simples reprodução: os organismos vivos também agem, e precisam agir para sobreviver e reproduzir. Agir custa energia. Tem de haver uma fonte de energia à mão, para que os organismos metabolizem. Em experimentos de tubo de ensaio, as moléculas RNA são ternamente supridas com elementos químicos energéticos especializados para impulsionar as suas atividades, mas na natureza o RNA teria de se haver com o que existisse ao redor. Nenhum experimento do tipo Miller-Urey conseguiu fabricar os elementos químicos energizadores usados pela vida existente: eles são todos fabricados dentro das células. O RNA alimentado artificialmente pode ser um replicador excelente, mas sem que já esteja estabelecido um ciclo metabólico que libere energia, essas fecundas cadeias genéticas logo se tornariam fracassos moleculares.

Uma saída óbvia é procurar uma molécula autorreplicadora muito mais simples que o RNA para dar início a todo o jogo. O mundo RNA apareceria só muito mais tarde. É concebível que se pudesse encontrar uma molécula relativamente pequena que conseguisse se replicar com bastante fidelidade. Estaria então aberto o caminho para que a evolução molecular a elaborasse, acrescentando informação passo a passo, até que fosse atingido um nível de complexidade comparável a cadeias curtas de RNA. O sistema poderia então ser “assumido” pelo RNA.7

Foi assim que a biogênese realmente aconteceu? Talvez. Entretanto, há muitos obstáculos nessa teoria, como a dúvida quanto a se moléculas pequenas podem ser replicadores bastante acurados a ponto de evitar a catástrofe dos erros. Na vida existente, a replica- ção de alta fidelidade parece estar associada com sistemas grandes e complexos. Os genomas maiores, com seus procedimentos de edição e correção de erros, são os melhores copiadores. Assim, se a tendência entre os replicadores do ácido nucléico é seguida pelos de tamanho cada vez menor, espera-se uma fidelidade de replica- ção bem pobre das moléculas simples. Além disso, quanto menor for uma molécula, mais drástico será o efeito relativo de qualquer alteração de mutação, e maior a chance de que a mutação não herde a propriedade de ser ela própria um replicador.

Em anos recentes, foram feitas tentativas de construir no laboratório moléculas replicadoras pequenas e simples, e sujeitá-las a pressões ambientais para ver se evoluem tornando-se melhores replicadores.8 Os sucessos divulgados têm sido modestos. Entretanto, esses experimentos não demonstram a evolução molecular na natureza. Eles ainda têm de mostrar se o tipo de pequenos replicadores laboriosamente planejados e fabricados no laboratório vai se formar espontaneamente em condições prebióticas plausíveis e, em caso positivo, se vai se replicar bastante bem para evitar a catástrofe dos erros. Em suma, ninguém tem uma pista para saber se mini- replicadores que ocorram naturalmente são sequer possíveis, quanto mais se eles possuiriam o necessário para evoluir com sucesso.

O RNA POR ÚLTIMO

Um modo completamente diferente de resolver o paradoxo do ovo e da galinha é inverter a ordem dos acontecimentos e supor que as proteínas apareceram primeiro e os ácidos nucléicos surgiram mais tarde. O grande problema é como as proteínas podem se replicar sem o ácido nucléico para passar adiante as instruções necessárias. As proteínas podem se replicar sem ajuda? Recentemente, Reza Ghadiri, do Instituto Scripps de San Diego, descobriu que alguns peptídeos pequenos podem realmente se replicar por si mesmos. Além disso, eles podem aparentemente corrigir erros de replicação, “como se tivessem uma mente própria”.9 Outra pista vem da infame doença da vaca louca, ou BSE, que dizimou o rebanho de gado inglês. Assim como scrapie e kuru, a BSE não é causada por uma bactéria nem por um vírus, mas por um fragmento de proteína que consegue se replicar e se espalhar. Esses fragmentos poderiam ser relíquias sobreviventes de uma forma de vida primitiva baseada unicamente em proteínas?

O defensor mais ilustre da teoria “proteínas primeiro” é Freeman Dyson, um físico, atualmente aposentado, do Instituto de Estudos Avançados de Princeton. Dyson afirma que a vida realmente teve duas origens: uma para o hardware, outra para o software.10 Ele considera duas variedades de criatura primordial: uma capaz do metabolismo da proteína, mas incapaz de se replicar apropriadamente, e a outra que podia se replicar, mas não tinha nenhum metabolismo. A vida como a conhecemos surgiu de uma fusão, ou simbiose, das duas. Dyson tira a sua sugestão de Oparin e seus seguidores, segundo os quais o primeiro passo em direção à vida implicou a formação de algum tipo de célula ou vesícula. Podemos pensar nessas protocélulas como tubos de ensaio naturais contendo sopa primordial concentrada.

A evolução darwiniana não é uma opção para as células de Dyson, uma vez que elas não têm um genoma, mas ainda assim elas podem evoluir por meios químicos. Para investigar como isso se daria, Dyson formulou um modelo matemático para descrever uma mistura química, como uma sopa de aminoácidos que mudasse ao longo do tempo à medida que os elementos químicos reagissem de modos complicados. Especialmente importante no modelo de Dyson é a pressuposição de que as moléculas podem catalisar a produção e a mutação de outras moléculas. O resultado dessa matemática é a predição de transições espontâneas da desordem para a ordem. Aqui desordem significa uma montagem caótica de moléculas, e ordem significa certos ciclos químicos preferenciais, que lembram o metabolismo. Os sacos químicos de Dyson não são replicadores; a sua ordem surge de forma espontânea, e não por especificação genética. A produção de moléculas dentro das células é, portanto, muito imprecisa.

Embora a evolução darwiniana precise de alguma forma de replicação hereditária mais a seleção natural, é possível conceber outras formas mais fracas de seleção que poderiam servir para produzir um tipo rudimentar de evolução, só para dar início ao processo. Existindo uma crescente população de células distintas, ' mesmo que sejam apenas glóbulos de elementos químicos que passam por inchaço e fissão, um tipo de competição é inevitável. Algumas células vão crescer e se dividir mais rapidamente que as outras devido à sua “melhor” química interna, acabando por se tornar superiores em número aos seus competidores. Se as células podem passar adiante pelo menos algumas de suas características químicas, e se os recursos são limitados, as células mais “bem-sucedidas” (de um ponto de vista químico) vão prevalecer. O desafio é explicar como essa seleção bastante ao acaso se transformou na seleção natural mais precisa baseada nos genes do darwinismo convencional.

Uma solução possível é o parasitismo. Dyson sugere que as células sem gene foram invadidas por replicadores primitivos do ácido nucléico, e que os dois sistemas se fundiram. Os parasitas do ácido nucléico descobriram que os sacos de proteínas ajudavam o seu processo de replicação. Obviamente, teria se revelado vantajoso que os replicadores também replicassem as proteínas prestativas no decorrer do processo, para fomentar a sua própria replicação. Dada a estrutura celular, a seleção natural entraria nesse ponto, opondo célula contra célula, aumentando a taxa de aperfeiçoamentos evolucionários. A seleção favoreceria fortemente os replicadores que gerassem alguns ou todos os ingredientes necessários das células das proteínas, e uma simbiose plena não demoraria a acontecer, conduzindo à vida como a conhecemos.

Onde tudo isso poderia ter acontecido? Oparin imaginava as suas células amontoadas em algum lago ou mar, mas se a vida começou sobre ou sob o fundo do mar, como sugere a evidência recente, então glóbulos oleosos talvez não sejam a resposta. A rocha basáltica porosa do fundo do mar oferece uma rede natural de túneis e cavidades minúsculos que poderiam capturar grandes moléculas orgânicas. As superfícies minerais também poderiam atuar como catalisadores convenientes e servir para concentrar o material orgânico. Infelizmente, as cavidades das rochas não se multiplicam por fissão. Euan Nisbet, da Universidade de Londres, sugeriu que talvez as membranas tenham se formado dentro das cavidades, como criaturas presas em cavernas minúsculas, sendo liberadas no devido tempo por algum movimento geológico.11

Outra ideia imaginativa para a célula primitiva foi proposta por Mike Russell, da Universidade de Glasgow.12 O foco da sua teoria recai sobre regiões do fundo do mar próximas às aberturas dos vulcões, onde a água se infiltra gradativamente na rocha até uma profundidade de vários quilômetros. A convecção acaba fazendo com que ela retorne à superfície enriquecida por minerais dissolvidos. A água emergente é alcalina e muito quente — chegando talvez a 200 °C em condições de alta pressão. Em oposição, o oceano sobrejacente teria sido ácido por causa do dióxido de carbono dissolvido, e muito mais frio. Russell descobriu que a conjunção dos dois fluidos desencadeia a formação de uma membrana coloidal feita de sulfeto de ferro. Como veremos, o ferro e o enxofre são dois elementos químicos fortemente implicados na vida primitiva. Além disso, a membrana é semipermeável: deixa passar alguns elementos químicos, mas bloqueia outros, exatamente como uma célula viva. Russell conseguiu produzir no laboratório grandes bolhas semelhantes à célula, e descobriu evidências de estruturas similares fossilizadas em rochas irlandesas. Ele acredita que a pressão osmótica e hidráulica inflaria as bolhas e faria com que se dividissem. Uma vantagem de sua teoria é que a justaposição ácido- membrana-fluido age como uma bateria elétrica, que poderia ter fornecido a fonte de energia inicial para impulsionar o metabolismo primitivo. Assim, talvez a eletricidade seja, afinal, a força original da vida!

Uma teoria completamente diferente para a origem da vida foi apresentada pelo bioquímico britânico Graham Cairns-Smith, também da Universidade de Glasgow, que partilha a crença de que os ácidos nucléicos entraram em cena tarde.13 Na verdade, no que diz respeito à discussão do ovo e da galinha (ou dos ácidos nucléicos e proteínas), ele acha que a vida não começou com nenhum dos dois. Cairns-Smith começa por nos lembrar que os ácidos nucléi- cos funcionam basicamente como software — os reservatórios da informação genética. Sendo assim, a sua forma química específica é irrelevante. Assim como podemos armazenar a mesma informação digital numa fita magnética ou num disquete, a informação genética podia estar contida em estruturas físicas diferentes do RNA e do DNA. Talvez a vida tenha começado com informações codificadas de outra maneira, e apenas num estágio relativamente tardio a função genética tenha sido confiada aos ácidos nucléicos.

Que tipo de estrutura poderia servir para armazenar o banco de dados genéticos original? Cairns-Smith sugere que cristais de argila oferecem uma possibilidade atraente. Menos frágeis que os ácidos nucléicos, os cristais ainda assim podem de certo modo se replicar. Partículas de argila podem ser impregnadas de íons metálicos de um modo irregular, e a informação em princípio poderia ser codificada nos seus padrões, para ser reproduzida à medida que o cristal crescesse, camada por camada. O leitor talvez não ache que cristais sujos sejam algo semelhante à vida, mas as propriedades essenciais necessárias para a evolução — a replicação, a variação e a seleção — poderiam ter se manifestado na argila.

Uma vez iniciada a evolução dos cristais, o cenário estaria preparado para o próximo passo: moléculas orgânicas. Talvez essas fossem inicialmente fabricadas pelos cristais de argila para seus próprios fins, como acelerar a replicação, cimentar as faces do cristal ou realizar qualquer outra tarefa secundária. Seja para o que fossem usadas, elas precisavam conferir alguma vantagem seletiva para que a evolução as refinasse. Os cristais que descobrissem como fazer ácidos nucléicos que se replicassem por si mesmos estariam mais perto de vencer, pois então teriam à mão um suprimento dessas substâncias presumivelmente prestativas. Mas ao cruzar essa linha, a vida do cristal teria plantado as sementes de sua própria morte. Quando os ácidos nucléicos começassem a se replicar em maior número que seus criadores cristalinos, eles rapidamente assumiriam a dianteira e se tornariam a forma de vida predominante. Os pobres cristais desajeitados acabariam por se tornar obsoletos.

É preciso dizer qúe há muito pouca evidência experimental para sustentar a teoria da argila de Cairns-Smith. Ainda assim, seja qual for a plausibilidade da argila como matéria primordial da vida, o princípio básico do predomínio genético é razoável. Todo mundo concorda que o sistema existente de ácidos nucléicos e proteínas é demasiado complexo para ter surgido de uma só vez como um sistema já pronto. Só porque toda a vida existente é baseada em ácidos nucléicos e proteínas, isso não significa que a vida tenha começado dessa maneira. Se há um caminho mais simples da não-vida para a vida, então os arranjos bioquímicos atuais poderiam ser o derivado refinado de um precursor de baixa tecnologia.

Cairns-Smith faz analogia com um arco de pedra para ilustrar a transição da vida “de baixa tecnologia” para a de “alta tecnologia”. Um arco parece desconcertante à primeira vista. A estrutura montada é autossustentável, mas a metade de um arco não conseguiria se manter de pé. Como é então que o arco passou a existir? A resposta é um andaime usado para construí-lo. Assim, devemos procurar andaimes moleculares que podem ter sido usados para construir o ácido nucléico. Talvez os cristais de argila sejam parte da resposta, ou talvez seja necessário algum outro sistema ainda não imaginado. Mas, seja o que for, uma vez iniciada a vida RNA, O andaime foi abandonado e há muito tempo foi eliminado.

Assim, o que se pode concluir dessas várias especulações sobre a origem da vida? Todas partilham uma pressuposição. Uma vez estabelecido algum tipo de vida, o resto do percurso não apresenta problemas, porque então a evolução darwiniana pode assumir a operação. É, portanto, natural que os cientistas procurem invocar o darwinismo no momento primordial na história da vida. Assim que ele entra em cena, avanços dramáticos podem ocorrer com nada mais complicado do que o acaso e a seleção agindo como força propulsora. Infelizmente, antes que a evolução possa ter início, é necessário um certo nível mínimo de complexidade. Mas como foi realizada essa complexidade inicial? Quando pressionados, os cientistas torcem as mãos e resmungam o sortilégio: “Acaso”. Assim, a primeira molécula a se autorreplicar foi criada apenas pelo acaso? Ou há algo mais nessa história?

AUTO-ORGANIZAÇAO: ALGUMA COISA POR NADA?

A vida é apenas um exemplo da complexidade encontrada na natureza. Muitos outros exemplos ocorrem no mundo ao redor de nós. Vemos complexidade no padrão de lantejoulas da geada numa janela, nos intricados coleios de um litoral, nas filigranas e espiras que adornam a superfície de Júpiter, e no meio dos encontros de remoinhos de um rio turbulento. A vida não é complexidade fortuita, é organizada. A complexidade desorganizada é encontrada por toda parte, desde os borrifos de gotas de chuva no chão até as folhas do chá no fundo da xícara. Mas mesmo a complexidade organizada, embora mais rara, não é absolutamente restrita à biologia. Uma galáxia espiral, o arco-íris e o padrão de difração de um raio laser são complexos e organizados. Entretanto, eles se formam sem genes para especificá-los e sem a evolução darwiniana para criá-los. Se sistemas não vivos podem gerar complexidade organizada espontaneamente, apenas seguindo as leis da física, por que a vida não pode ter seguido esse mesmo caminho, pelo menos no início?

Alguns pensam que isso é possível. O químico belga Ilya Prigogine tem dado exemplos de misturas químicas que se comportam de forma semelhante à vida, formando espirais elaboradas ou passando por pulsações rítmicas.14 A marca dessas reações é que elas ocorrem longe do equilíbrio termodinâmico e requerem uma produção contínua de matéria e energia — como a vida. A ordenação espontânea não colide com a segunda lei da termodinâmica, porque os sistemas são abertos; a entropia é exportada para o ambiente a fim de pagar o aumento em ordem. Característica desses sistemas auto-organizados é a sua tendência a atingir uma “bifurcação” crítica ou pontos de indecisão, nos quais o seu comportamento é imprevisível. Podem saltar abruptamente para um novo estado de maior complexidade e estabilizar-se, ou podem mergulhar no caos. Prigogine e seus muitos aficionados imaginam uma sequência de transições auto-organizadas, em que a matéria impulsionada por um fluxo de energia pula a níveis cada vez mais altos de complexidade organizada, até chegar a ser verdadeiramente viva.

Um exemplo simples e instrutivo de auto-organização é a formação de células de convecção. Se uma panela de água é aquecida num fogão, o fluido perto do fundo torna-se mais quente que o fluido no topo. Com um aquecimento fraco, a água continua sem mudanças características: o calor flui constantemente para cima por condução. Agora considere-se o que acontece quando se aumenta o gás. A camada quente de água no fundo quer subir (já que é menos densa), mas é inibida pelo peso das camadas mais frias de cima. Por fim, a água quente irrompe numa pluma ascendente, e o movimento convectivo tem início. Se o aquecimento é feito com cuidado, o padrão de convecção se arranja num favo ordenado de células hexagonais. Essa configuração estável implica inúmeras moléculas de água cooperando para produzir ordem em grande escala. A transição repentina para o fluxo convectivo ocorre quando o sistema é forçado a se distanciar do equilíbrio termodinâmico, e a ordem resultante é paga por um fluxo de entropia que vai da panela para o ambiente ao redor. Sem o gás para criar uma fonte de energia livre (isto é, para manter um desequilíbrio termodinâmico entre o fundo e o topo do fluido) as células de convecção desapareceriam, e o estado da água logo voltaria ao equilíbrio sem características.

Stuart Kauffman, biofísico do Instituto de Santa Fé para o Estudo da Complexidade, tentou dar substância aos detalhes do caminho da auto-organização para a vida, focalizando um fenômeno químico conhecido como autocatálise.15 O catalisador, lembremos, é um tipo de molécula que promove uma reação entre outras moléculas, sem que ela própria seja alterada. Imagine-se, então, uma sopa primordial em que muitas reações diferentes estejam ocorrendo juntas. Moléculas orgânicas complexas estão sendo criadas e destruídas, combinando-se com outras moléculas e dividindo-se em fragmentos. Há uma imensa e elaborada rede de reações acontecendo, um ecossistema químico, se se preferir.

Agora imagine-se que nesse cozido fervilhante algumas moléculas se vejam desempenhando um papel duplo: por um lado, participam de certas reações químicas como insumos ou como produtos; por outro lado, também agem como catalisadores para outras reações. Pode então acontecer que a presença de uma molécula particular M tenha o efeito de catalisar a sequência de reações que leva à produção da própria M. Assim a existência de M acelera a criação de mais M: daí a designação de autocatálise. Quando esse processo ocorre, estabelece-se um ciclo de retroalimentação que se torna cada vez mais forte, formando uma teia de reações que se reforça a si mesma.

O que acontece a seguir? Quando a diversidade das moléculas na rede é bastante grande, o sistema cruza um limiar crítico. Kauffman prediz um salto abrupto para um gigantesco ciclo auto- catalítico, um processo de auto-organização afim à transição repentina de um fluido sem características para células de convecção. Esse ciclo elevado e muito mais complexo será uma forma rudimentar de metabolismo, o tipo de processos químicos organizados que Oparin e Dyson imaginaram para o conteúdo de suas vesículas químicas. Nenhuma molécula especial como o RNA está envolvida, e não é necessário nenhum aparelho genético. Tudo isso vem depois.

Embora os ciclos autocatalíticos pareçam complicados e arquitetados, eles representam um exemplo de um fenômeno muito difundido. Os modelos de computador mostram que qualquer rede com bastantes componentes e interações tenderá a entrar espontaneamente num estado de complexidade organizada. Os físicos vêem esse fenômeno em funcionamento em materiais magnéticos, e os economistas o percebem nos mercados financeiros mundiais. Se as ideias de Kauffman estiverem na pista certa, talvez a vida não seja uma consequência de uma química orgânica especial, mas sim de regras matemáticas universais que regem o comportamento de todos os sistemas complexos, independentemente da sua composição.

Por mais atraente que pareça ser, a auto-organização enfrenta dois obstáculos de monta, quando se trata da origem da vida. O primeiro é a escassez de experimentos convincentes. Até agora a maioria dos “experimentos” têm sido simulações de computador e não os processos verdadeiros. Isso conferiu ao tema da teoria da complexidade uma reputação não muito boa, quando se trata de biologia. Num já famoso comentário desabonador sobre as ideias de Kauffman, John Maynard Smith certa vez as descreveu, um tanto severamente a meu ver, como'6 “ciência isenta de fatos”.

Entretanto, há um problema mais profundo de natureza conceituai. É o seguinte. A vida não é realmente um exemplo de auto- organização. A vida é na realidade organização especificada, isto é, geneticamente guiada. As coisas vivas são instruídas pelo software genético codificado em seu DNA (OU RNA). AS células de convecção se formam espontaneamente por auto-organização; não há nenhum gene para uma célula de convecção. A fonte da ordem não está codificada no software; ao contrário, pode ser descoberta nas condições fronteiriças do fluido. É o fluxo de calor e entropia através das fronteiras que desencadeia a auto-organização, e a forma, o tamanho e a natureza das fronteiras é que determinam os detalhes de padronização das células. Em outras palavras, a ordem de uma célula de convecção é imposta externamente a partir do ambiente do sistema. Em oposição, a ordem de uma célula viva deriva de controle interno, de seus genes, localizados numa molécula microscópica, enterrada fundo dentro do sistema, que irradia quimicamente para fora as suas instruções. Sem dúvida, o ambiente que circunda a membrana de uma célula viva vai influenciar em alguma medida o que se passa dentro da célula, mas as características principais de um organismo são determinadas pelos seus genes.

A teoria da auto-organização ainda não oferece nenhuma pista sobre como se dá a transição entre a organização espontânea ou auto-induzida—que até nos exemplos não biológicos mais elaborados ainda envolve estruturas relativamente simples — e a organização genética das coisas vivas, altamente complexa e baseada em informação. Uma explicação dessa conquista genética deve esclarecer bem mais do que apenas a origem dos ácidos nucléicos e seu potente entrelaçamento com as proteínas em algum estágio posterior. Não basta saber como essas moléculas gigantes surgiram ou começaram a interagir. Precisamos saber também como é que o sistema de software passou a existir. Na verdade, precisamos saber como o próprio conceito de controle de software foi descoberto pela natureza. Revendo as analogias propostas no capítulo 4, procuramos uma explicação de como uma pipa pode se transformar num avião controlado pelo rádio, ou um regulador de motor a vapor pode evoluir para um regulador eletrônico com processamento de dados. Não se trata apenas de acrescentar uma camada extra de complexidade, trata-se de uma transformação fundamental na própria natureza do sistema.

Relacionada a essa última crítica, há a necessidade de traçar uma distinção cuidadosa entre ordem e organização. Nos parágrafos anteriores, usei os dois termos indistintamente, mas eles muitas vezes têm significados opostos. Falando apropriadamente, a ordem se refere a padrões simples. Uma sequência periódica de uns e zeros, como na Figura 4.4, é ordenada. Da mesma forma, um cristal é ordenado. Ambos são altamente não aleatórios e assim, como expliquei no capítulo anterior, não podem possuir a organização complexa e o armazenamento de informações de um genoma. As tentativas de procurar um caminho para a vida via auto-organização frequentemente caem na armadilha de confundir organização com ordem. Os exemplos citados de auto-organização frequentemente não são nada disso; ao contrário, implicam uma ordenação espontânea. Por exemplo, as reações químicas que exibem ciclos rítmicos são frequentemente apresentadas em descrições de auto- organização,17 mas o comportamento periódico é claramente um caso de ordem não aleatória. De forma semelhante, as células de convecção hexagonais que descrevi acima lembram mais a ordem cristalina do que a complexidade organizada dos organismos biológicos. Na ausência de um novo princípio de auto-organização que induza a produção de complexidade algorítmica, uma parte crucial da história da biogênese tem sido omitida.

Esse resumo é o bastante para a abordagem de baixo para cima da origem da vida. Ela produziu alguns indicadores úteis, mas nos deixa com muitos enigmas desnorteadores. Entretanto, não é a única abordagem existente. É também possível perseguir um caminho de cima para baixo. A ideia é começar com a vida existente e segui-la de volta no tempo, esperando adivinhar onde e como os organismos primitivos viviam. Podemos então empregar esse conhecimento para nos dar alguma ideia sobre como esses organismos passaram a existir. Acontece que, para chegar até as primeiras coisas vivas na Terra, devemos primeiro dar uma olhada no espaço.

6. A conexão cósmica

Uns duzentos quilômetros a oeste da cidade de Port Augusta na Austrália do Sul, na região interiorana acidentada às margens da planície Nullabor, existe um grande lago seco. De forma aproximadamente circular, o lago Acraman se estende por trinta quilômetros de margem a margem. Embora se pareça com muitas outras bacias salinas daquela região da Austrália, o Acraman não é um lago comum. Há uns 600 milhões de anos, um meteoro gigantesco mergulhou do céu e escavou um enorme buraco no que é agora a península Eyre. O buraco original media pelo menos noventa quilômetros de extensão e vários quilômetros de profundidade. O lago Acraman atual é tudo o que resta dessa cicatriz monstruosa, uma testemunha muda de um antigo cataclismo de proporções impressionantes.

O estrago físico causado por um grande impacto cósmico está além da nossa imaginação. O corpo cadente, tipicamente com vários quilômetros de extensão, poderia pesar 100 bilhões de toneladas métricas. Deslocando-se a uma velocidade de talvez vinte ou trinta quilômetros por segundo, gera um choque equivalente a pelo menos 100 milhões de megatons de TNT, muito mais do que todas as armas nucleares do mundo reunidas. Quando entra na atmosfera, o objeto desloca uma imensa coluna de ar, criando uma poderosa onda de choque que circula em torno do globo. Ao atingir o solo, o meteoro e grande parte do material no local do impacto são instantaneamente vaporizados. Imensas quantidades de rocha são arrancadas do terreno circundante e lançadas bem alto no ar e até no espaço, deixando uma cratera gigantesca. Grandes nacos de pedra ejetada voltam a cair do céu, a centenas ou até milhares de quilômetros de distância, brilhando fortemente e incendiando a vegetação. O choque com o solo produzido pelo impacto básico supera os terremotos mais violentos, realizando ainda mais estragos. Se o meteoro cai no mar, ondas de muitos quilômetros de altura devastam a orla litorânea, inundando imensos trechos de terra. A poeira levantada pelo impacto cobre o planeta, eclipsando o Sol durante meses, envenenando a terra e o mar com a chuva ácida. As consequências mortais se revelam excessivas para muitas espécies vivas, e elas são rapidamente levadas à extinção.

A colisão que criou o lago Acraman não foi absolutamente um acontecimento isolado. Em intervalos de alguns milhões de anos, um cometa ou asteroide atinge a Terra com bastante força para causar uma devastação global. No passado, essas colisões teriam sido mais frequentes. Está se tornando cada vez mais claro que os impactos cósmicos tiveram uma influência importante na evolução da vida ao desencadear extinções em massa. Acontece, entretanto, que os impactos cósmicos não alteraram apenas o caminho da evolução; eles também desempenharam um papel crucial na origem da vida. Até há pouco tempo, os cientistas recorriam principalmente à química nas suas tentativas de explicar a biogênese. A Terra era tratada como um sistema isolado. Mas na última década a importância crucial da dimensão astronômica da vida se firmou. Para compreender como a vida começou, parece que devemos olhar para as estrelas em busca de respostas.

A POEIRA DAS ESTRELAS NOS SEUS OLHOS

Se os estoques de átomos são inexauríveis,

Maiores que o poder de contar dos seres vivos,

Se também houvesse o mesmo poder criativo da natureza

Para unir os átomos — assim como agora estão unidos,

Ora então é preciso confessar

Que existem outros mundos em outras regiões do céu,

E diferentes tribos de homens, outros tipos de animais selvagens.

Com essas palavras perturbadoras, o poeta-filósofo romano Lucrécio^1 procura nos persuadir de que não estamos sozinhos no universo. Lucrécio raciocinava que, se o universo era composto de átomos idênticos sujeitos às leis universais da natureza, os mesmos processos que produziram a vida na Terra também deveriam produzir a vida em outros mundos. O argumento, que remonta ao atomista grego Epicuro, é convincente. Mas será correto?

A partir de observações espectroscópicas, os astrônomos têm confirmado que os átomos são realmente iguais por todo o cosmos. Um átomo de carbono na galáxia de Andrômeda, por exemplo, é idêntico a um desses átomos aqui na Terra. Cinco elementos químicos desempenham papéis de destaque na biologia terrestre: o carbono, o oxigênio, o hidrogênio, o nitrogênio e o fósforo. Esses elementos parecem estar entre os mais abundantes no universo.

O carbono é o elemento verdadeiramente vital. Tem direito à primazia por causa de uma propriedade química única: os átomos de carbono podem se ligar para formar moléculas de cadeias extensas, ou polímeros, de infinita variedade e complexidade. As proteínas e o DNA são dois exemplos dessas moléculas de cadeias longas. Se não fosse pelo carbono, a vida como a conhecemos seria impossível. Muito provavelmente, qualquer outro tipo de vida seria impossível.

Quando o universo começou com uma grande explosão, o carbono estava completamente ausente. O calor intenso do nascimento cósmico impedia a existência de quaisquer núcleos atômicos compostos. Em lugar disso, o material cósmico consistia numa sopa de partículas elementares como prótons e nêutrons. Uma grande parte dos prótons permaneceu desligada, e foi formar os núcleos dos átomos de hidrogênio. Entretanto, quando o universo se expandiu e esfriou nos primeiros minutos, as reações nucleares transmudaram parte do hidrogênio em hélio e apenas um pouquinho em carbono.

Entretanto, a maior parte do carbono no universo não provém do Big Bang, mas das estrelas. As estrelas são reatores de fusão nuclear que normalmente queimam hidrogênio para produzir hélio. Nas grandes estrelas, o passo seguinte é converter o hélio em carbono. Depois disso, outros elementos familiares — oxigênio, nitrogênio e assim por diante — são feitos. A maioria dessas substâncias mais pesadas permanece confinada nas estrelas, mas de vez em quando uma parte delas é liberada por ocasião da explosão de uma estrela. Há também uma corrente constante de material expelido pelo Sol no vento solar, e um processo similar vai ocorrer em outros sistemas estelares. De qualquer modo, as substâncias espalhadas se misturam com nuvens formadas principalmente de gás hidrogênio que vagam pelo espaço interstelar. Na plenitude dos tempos, se essas nuvens de gás se contraírem para formar novas estrelas e sistemas planetários, o carbono e outros elementos das estrelas mortas estarão misturados no gás.

Imagine-se o nosso próprio sistema solar formando-se dessa maneira há 4,5 bilhões de anos. Uma nuvem maciça de hidrogênio, entrelaçada com elementos pesados, gradativamente se encolhe. Aqui e ali, a gravidade puxa o gás e forma glóbulos giratórios densos. Essas aglomerações de matéria são destinadas a se tornar um aglomerado de novas estrelas. Uma dessas estrelas é o nosso Sol. Ao seu redor o gás e a poeira giram em padrões complicados, formando uma nebulosa com forma de disco. O material luminoso se desloca para a periferia da nebulosa e acaba se condensando nos gigantescos planetas de gás como Saturno. Os elementos mais pesados se concentram nas regiões interiores do disco, onde são incorporados formando a Terra e seus vizinhos. O material que constitui o nosso planeta não é portanto primordial, mas sim as cinzas nucleares das estrelas que luziram e morreram muito antes que até o sistema solar existisse.

Desde a formação da Terra, o seu material não tem permanecido inerte. O carbono, o hidrogênio, o nitrogênio e o oxigênio são continuamente reciclados na atmosfera e na crosta por processos biológicos e geológicos. Quando um organismo morre e se decompõe, os seus átomos são liberados de volta ao ambiente. Alguns deles acabam se tornando parte de outros organismos. Estatísticas simples revelam que o nosso corpo contém cerca de um átomo de carbono de cada miligrama de material orgânico morto há mais de mil anos. Esse fato simples tem algumas implicações surpreendentes. Por exemplo, você abriga mais ou menos 1 bilhão de átomos que outrora pertenceram a Jesus Cristo, ou a Júlio César, ou ao Buda ou à árvore sob a qual o Buda algum dia se sentou.2

Na próxima vez em que olhar para o seu corpo, reflita na longa e acidentada história de seus átomos, e lembre-se de que a carne que você está vendo e os olhos com que você a enxerga são literalmente feitos de poeira das estrelas.

QUÍMICA CÓSMICA

Cresci acreditando que a química é algo que acontece em tubos de ensaio. Por isso, tive uma espécie de surpresa quando soube, em 1969, que moléculas de amónia e água tinham sido descobertas no espaço. Como é que tinham chegado até lá, eu me perguntava. Claro, os astrônomos sabem há muito tempo que o espaço não é completamente vazio. As lacunas entre as estrelas contêm nuvens tênues de gás e poeira. Mas até uma nuvem interstelar densa só pode se vangloriar de ter 1 milhão de átomos por centímetro cúbico, o que num laboratório seria considerado um vácuo consistente. Com um meio tão difuso, e temperaturas muito abaixo de zero, parece haver poucas oportunidades para as reações químicas acontecerem. Mas não é o caso.

Historicamente, a primeira indicação de que poderia haver moléculas no espaço é do início da década de 1920, quando um astrônomo chamado H. L. Heger descobriu algumas características estranhas, denominadas “faixas interstelares difusas”, nos espectros das estrelas. Elas acabaram sendo atribuídas à absorção por moléculas desconhecidas que existem no espaço ao longo do caminho da luz, mas a ideia não pegou. Décadas mais tarde, após a descoberta inesperada de amónia e água interstelares, a lista das moléculas conhecidas no espaço começou a crescer rapidamente. Hoje mais de cem elementos químicos foram identificados, a maioria por meio de radiotelescópios e telescópios infravermelhos.

Muitas das moléculas interstelares são orgânicas. A mais comum é o monóxido de carbono, mas o acetileno, o formaldeído e o álcool também são abundantes. Compostos orgânicos mais complexos, como os aminoácidos e os PAH (hidrocarbonetos aromáticos policíclicos—sobre esses, veja mais informações adiante), também foram detectados. É agora claro que não só os elementos básicos estimuladores da vida são abundantes em todo o universo, como também muitas das moléculas orgânicas realmente usadas pela vida. Com bilhões de anos para que a química cósmica gerasse essas substâncias, havia tempo suficiente para que elas se estabelecessem nas gigantescas nuvens moleculares das quais surgem as estrelas e os sistemas planetários.

Os astrônomos que estudam a química das nuvens de gás interstelar estão convencidos de que as partículas de poeira desempenham um papel importante. Os elementos químicos se ligam às suas superfícies sólidas e reagem de maneiras complicadas. Não é difícil localizar poeira no espaço. Olhando para o céu noturno perto do Cruzeiro do Sul, vamos notar grandes manchas pretas na Via Láctea. Essas áreas escuras são criadas por grandes nuvens de poeira que interceptam a luz das estrelas mais distantes. Os culpados são grãos muito diminutos — tipicamente com um milésimo de milímetro de extensão, mas chegando até o tamanho molecular. A sua composição é o produto de muitas influências físicas e químicas — radiação ultravioleta, ventos estelares, ondas de choque, radiação cósmica. Entre eles incluem-se silicatos, gelos e material carbonado como grafite, bem como muitos compostos orgânicos. As nuvens interstelares podem ter muitos anos-luz de extensão, por isso a massa total de poeira que contêm é enorme. Por mais diminutos que sejam, os grãos interstelares poderiam ser os químicos involuntários que produziram a vida.

Curiosamente, a poeira interstelar tem efeitos até em nosso próprio quintal cósmico. O sistema solar interior é um lugar surpreendentemente empoeirado, como as sondas espaciais têm descoberto. A famosa luz zodiacal, visível depois do pôr-do-sol nas latitudes tropicais, é o resultado da difusão da luz solar a partir de partículas diminutas no espaço. Grande parte desse material são detritos gerados na Terra, mas parte provém do espaço interstelar. Pode-se distinguir as partículas que caem das estrelas pela sua velocidade. Duncan Steel, que trabalhava na Universidade de Adelaide, e seus colegas usaram um sistema radar baseado na Nova Zelândia para estudar os grãos interstelares que atingem a Terra. Ao analisar os rastros de ionização criados quando os micrometeoritos sulcam a atmosfera, esses pesquisadores descobriram que alguns deles têm velocidades acima de setenta quilômetros por segundo — demasiado velozes para que sejam apanhados numa órbita dentro do sistema solar.3

A GÊNESE VINDA DO ESPAÇO

A nave espacial Pioneer 10 foi lançada de Cabo Canaveral em 2 de março de 1972. Perdeu contato por rádio em P de abril de 1997, quando estava a 10 bilhões de quilômetros do Sol, o que a tornava o mais distante objeto existente fabricado pelo homem. Vamos nos imaginar pegando uma carona a bordo da Pioneer 10 para fazer uma viagem pelo sistema solar e mais além. Em seis meses, cruzamos a órbita de Marte e seguimos adiante para atravessar com sucesso o cinturão de asteroides. No final de 1973, passamos perto de Júpiter. Dez anos mais tarde, cruzamos a órbita de Netuno e deixamos o espaço interplanetário para sempre, rumo às estrelas. O Sol já parece ter apenas um trigésimo do tamanho que aparenta ter quando visto da Terra, e continua a se encolher o tempo todo. À frente existe um abismo de vazio, frio e escuridão. A estrela mais próxima está a 4,3 anos-luz de distância — 40 trilhões de quilômetros. Mesmo que estivéssemos seguindo nessa direção, o que não é o caso, a essa velocidade levaríamos 10 mil anos para chegar nela. É melhor nos acomodarmos para uma longa espera. Não há muito a ser visto por um bom tempo.

Depois de termos viajado pelo espaço durante vários milhares de anos, e depois de o Sol ter se reduzido a um objeto não mais brilhante do que uma estrela muito cintilante, há uma agitação por perto. Existe algo ali na escuridão do espaço interstelar. Um pedaço escuro de matéria avulta de repente e passa por nós deslizando. De forma aproximadamente esférica, mede dez quilômetros de extensão. Examinado mais de perto, o objeto se revela uma mixórdia de pedras, gelo e alcatrão: um cometa.

À medida que seguimos viagem, mais e mais cometas aparecem e passam por nós silenciosamente. Estamos cruzando uma nuvem desses objetos esquivos, 1 trilhão de bolas de neve sujas, aglomeradas numa multidão que envolve o Sol e os planetas. Aqui, a um ano-luz do centro, essa imensa reunião de corpos menores assinala o verdadeiro limite exterior do sistema solar. Por mais extensos que sejam, os cometas permanecem ligados pelo fraco campo gravitacional do Sol.

Ninguém jamais viu a nuvem de cometas que circunda o nosso sistema solar, mas a sua existência é aceita pelos astrônomos desde que Jan Oort a predisse em 1950. Os pedaços inertes de matéria na nuvem de Oort não se parecem com os cometas da tradição popular, que brilham no céu e desenvolvem uma cauda. Mas a nuvem de Oort é o verdadeiro lar dos cometas, e constitui um reservatório quase inesgotável deles.

Os cometas continuam a ser uma espécie de enigma, mesmo tendo sido observados detalhadamente durante séculos. Até pouco tempo atrás, a maioria dos astrônomos os desconsiderava como atores espetaculares, mas de menor importância no drama celestial, apesar do terror e dos presságios que a sya passagem engendrava em culturas passadas. Mas a opinião começou a mudar; os cometas são agora um tópico quente. Uma razão para essa mudança diz respeito à sua idade. Eles são verdadeiras relíquias do nascimento do sistema solar, amostras quase prístinas do material da nebulosa solar, talvez impregnados com matéria interstelar de idade até mais antiga. A poeira emitida pelo cometa Halley, por exemplo, é considerada a substância mais primitiva já analisada pelos cientistas. Congelado nas profundezas do espaço, esse material primordial dos cometas foi preservado em grande parte sem alterações por 4,5 bilhões de anos.

De interesse mais premente é o papel que os cometas parecem ter desempenhado na origem e evolução da vida. Para compreender a sua importância, é necessário retornar ao início do sistema solar. O modo como os planetas se formaram a partir do turbilhão da nebulosa solar foi bastante complicado. O processo começou com a agregação de grãos diminutos. Essas partículas por sua vez colidiram e se fundiram, formando lentamente pedaços cada vez maiores de material sólido. No sistema solar interior, os grãos eram principalmente silicatos resistentes ao calor. Mais para fora, substâncias mais voláteis, inclusive elementos orgânicos, se condensaram.

À medida que cresciam em tamanho e massa, os fragmentos começaram a exercer uma atração gravitacional sobre seus vizinhos. As colisões se tornavam cada vez mais violentas, pois os corpos eram atraídos com maior força. Depois de vagar talvez 10 mil anos, esses objetos teriam inchado a ponto de formar planetesimais com algumas centenas de quilômetros de extensão; depois de 1 milhão de anos, muitos planetas do tamanho de Marte estavam girando ao redor do Sol. Choques de terrível magnitude se tornaram inevitáveis. Em algum momento, a Terra incipiente foi atingida obliquamente por um desses objetos, com profundas consequências. O corpo gigantesco abriu um sulco até o centro do planeta e criou o núcleo de ferro. O manto mais leve foi arrancado e jogado para o espaço pela força da colisão, dando à Terra o seu próprio minidisco de escombros orbitais que logo se acumularam para formar a Lua. A enorme energia desse cataclismo crestou a Terra eliminando qualquer material volátil.

Mais para fora no sistema solar, o ritmo dos acontecimentos foi menos frenético, porque o material ali era mais tênue. As condições mais frias permitiam que substâncias como a água e o enxofre se solidificassem. Crucialmente, hidrocarbonetos delicados da nuvem de gás original teriam sobrevivido nessa região ao calor do protosol. Minúsculos grãos de poeira recolhiam neve fofa ao passarem por cristais de gelo. De tempos em tempos os flocos de neve colidiam e aderiam uns aos outros. Estando mais amplamente espalhadas, essas partículas geladas não se agregaram prontamente criando planetas, mas sim formaram uma legião de corpos gelados menores, cujo tamanho ia de cometas com alguns quilômetros de extensão a planetesimais gelados cem vezes maiores. Depois de uns 10 milhões de anos, um número suficiente desses corpos gelados juntou-se para criar o embrião do gigantesco planeta Júpiter. Após ter atingido um tamanho crítico de aproximadamente dez vezes a massa da Terra, Júpiter começou a crescer por acréscimos galopantes. Seu poderoso campo gravitacional tragava ou dispersava restos de uma larga faixa da nebulosa, roubando do cinturão de asteroides material suficiente para formar um planeta separado, e condenando Marte a sua condição de anão. O mesmo padrão de crescimento foi repetido para Saturno, Urano e Netuno, mas a um ritmo mais lento devido à menor densidade da nebulosa nas regiões mais distantes. Além da órbita de Netuno, os planetesimais eram distribuídos demasiado esparsamente para formar quaisquer planetas. (Plutão não é um planeta verdadeiro.) Muitos dos planetesimais gelados ainda estão ali na periferia do sistema solar, obscuros e indiscerníveis, girando em torno do Sol no que é conhecido como o cinturão Kuiper.

Ao longo das eras, os campos gravitacionais dos gigantescos planetas exteriores lançaram muitos corpos gelados pequenos nas profundezas do espaço interstelar. A maioria deles foi totalmente ejetada do sistema solar, para nunca mais retornar, outros foram lançados apenas até a região que acabou se tornando a nuvem Oort. Esse espalhamento gravitacional foi completamente fortuito, e milhões de pedaços gelados também foram impelidos rumo ao sistema solar interior, alguns deles colidindo com os planetas. A Terra foi repetidamente atingida, primeiro por asteroides da região entre Marte e Júpiter, depois por cometas da zona de Júpiter. Durante uma escala de tempo mais longa, corpos gelados de regiões mais distantes, deslocados por Saturno, Urano e Netuno, também vieram se despedaçar contra os planetas interiores. Esses corpos do sistema solar exterior acrescentaram um verniz de material rochoso leve à crosta da Terra. Mais significativo, eles também produziram imensas quantidades de água, o bastante para criar os oceanos atuais várias vezes. E junto com a água vieram muitas outras substâncias voláteis que a Terra nascente não possuía, especialmente elementos orgânicos estimuladores da vida. Nesse estágio, o hidrogênio, o hélio e outros gases da nebulosa solar original tinham sido carregados por um violento vento solar, parte deles indo acumular-se na atmosfera de Júpiter, mas a maioria se perdendo no espaço interstelar. É muito provável que a Terra tenha ficado com pouca ou nenhuma atmosfera primária. Mas com o influxo do material dos cometas, o planeta se cobriu mais uma vez com um denso cobertor de gases, aumentado pelos vapores vulcânicos vindos do interior derretido.

Depois de 100 milhões de anos, a formação da Terra estava mais ou menos completa. Entretanto, durante mais de meio bilhão de anos, ela guardou muito pouca semelhança com o planeta azul sereno que hoje conhecemos. A superfície era quente, os oceanos muito mais profundos, e a atmosfera esmagadora. O vulcanismo era difundido, a Lua estava mais perto, as marés eram imensas. O planeta girava muito mais rápido do que atualmente; o dia se seguia à noite em apenas algumas horas. Mas a maior diferença dizia respeito à ameaça contínua vinda do espaço. Os mesmos aste- róides e cometas que ajudaram a modelar as condições da superfície no jovem planeta não cessaram abruptamente as suas atividades. Continuaram a chegar do espaço, era após era, com as suas cargas de gelo e material orgânico. Na realidade, ainda estão chegando. A sua contribuição para a história da vida tinha apenas começado.

IMPACTO

Os cometas deram a vida e os cometas a tiram.

Cari Sagan^4

Uma das razões pelas quais a Bíblia é uma leitura tão boa é que está cheia de drama e espetáculo: fogo e enxofre, sinais no céu, enchentes, águas que se dividem, pragas e pestilências. Se o mundo foi criado há 6 mil anos, como muitos cristãos outrora acreditavam (e alguns aparentemente ainda acreditam), Deus teria andado realmente muito ocupado modelando a presente forma de nosso planeta, construindo montanhas e oceanos, criando vales, movendo geleiras.

Quando os geólogos do século XVIII tentaram explicar as montanhas e os vales dos rios, os oceanos salgados e a glaciação, os estratos de rochas e os fósseis, em termos de processos físicos em vez de ação divina, perceberam que seriam necessários muito mais que 6 mil anos para que essas características se constituíssem. Em 1785, James Hutton, o escocês descrito após a sua morte como o fundador da geologia moderna, declarou a respeito da história geológica da Terra que^5 “não encontramos nenhum vestígio de começo — nenhuma perspectiva de fim”. Hutton acreditava que as formas da superfície da Terra foram modeladas gradativamente por mudanças incrementais que se estenderam por enormes períodos. Ele percebeu que seriam necessários milhões de anos para acumular os sedimentos das rochas e para erguer e desgastar por erosão as montanhas.

As ideias de Hutton se tornaram conhecidas como uniformitarismo, em oposição ao catastrofismo dos estudiosos de inclinação mais bíblica que procuravam explicação para a forma da Terra no dilúvio de Noé, nos estragos vulcânicos e em raios celestiais. A tese de Hutton foi adotada sem reservas por Charles Lyell, que levou a mensagem do uniformitarismo ao público por meio de um livro, publicado em 1830, com o título Principies of geology. Nesse estágio, estava se tornando claro para os cientistas que as mudanças geológicas requeriam provavelmente bilhões, e não apenas milhões, de anos para se completarem. Foi uma conclusão que agradou a Charles Darwin, que considerava a evolução biológica como uma longa série de adaptações lentas, acumulando-se em períodos similarmente imensos.

Retrospectivamente, podemos ver que o uniformitarismo era movido por um ímpeto ideológico, uma reação contra as interpretações religiosas da natureza. Em consequência, revelou-se uma doutrina extraordinariamente obstinada. As evidências de transformações biológicas e geológicas repentinas eram óbvias havia muito tempo, mas foram amplamente ignoradas. Os que chamavam a atenção para esse ponto tendiam a ser desconsiderados como excêntricos. Quando o respeitado astrônomo Edmond Halley conjecturou em 1694 que um cometa poderia ocasionalmente atingir um planeta, sua sugestão foi afastada com um dar de ombros. Em 1873, o astrônomo britânico H. A. Procter foi suficientemente audacioso para propor que as crateras lunares poderiam ser o resultado de impactos de meteoritos, mas ele rapidamente retirou a afirmação, citando o fato de que crateras similares não eram aparentes na Terra. Até a década de 1960, alguns astrônomos ainda tinham certeza de que as crateras lunares tinham origem principalmente vulcânica. Foram necessárias as expedições da Apollo para finalmente provar que as crateras da Lua eram realmente produzidas por um extenso bombardeio vindo do espaço.

As fotografias de outros planetas e luas mostram um quadro semelhante de muitas crateras: Mercúrio e Marte são exemplos excelentes. Esses corpos preservaram o registro das colisões, porque não têm uma atmosfera espessa e possuem pouca atividade geológica. Em oposição, as crateras de impacto da Terra foram obliteradas na sua maior parte pela erosão. Mas nem todas. Só na Austrália foram positivamente identificados pelo menos 25 locais de impacto. Os Estados Unidos têm uma das crateras mais famosas, perto da cidade de Winslow no Arizona. Conhecida como Meteor Crater ou Barringer Crater, ela tem 1,2 quilômetro de extensão, cem metros de profundidade e 30 mil anos de idade. Hoje se conhecem crateras de impacto consideravelmente maiores e mais antigas, como a do lago Acraman de que já falei.

A melhor maneira de reconstruir o registro dos bombardeios contra a Terra é estudar a Lua. Astronomicamente, ela fica tão perto que podemos estar seguros de que a Terra teria sido um alvo para qualquer golpe desferido contra nossa jovem vizinha. E os bombardeios sofridos pela Lua foram bastante severos. Até um binóculo consegue revelar algumas das crateras lunares maiores. As mais antigas datam de mais de 4 bilhões de anos atrás. Muitas das menores são mais recentes. As crateras dos últimos impactos acham-se frequentemente sobrepostas a cicatrizes mais antigas. Como os grandes impactos tendem a apagar o registro anterior, descobrir os detalhes das primeiros 500 milhões de anos é em grande parte uma questão de conjectura. Modelos matemáticos e o registro lunar ainda existente sugerem que todos os corpos no sistema solar interior foram esmurrados tanto por escombros locais como por aste- róides e cometas gigantescos provenientes do sistema solar exterior. Esse bombardeamento foi decrescendo aos poucos durante algumas centenas de milhões de anos, só para recomeçar com renovada ferocidade entre aproximadamente 4 e 3,8 bilhões de anos atrás. Foi essa última fase de intensa violência que criou as marias lunares — bacias escuras e chatas que foram preenchidas com lava e ficaram relativamente lisas no período inativo subsequente. As opiniões diferem quanto à causa e à extensão do último bombardeamento pesado. Alguns astrônomos acreditam que foi restrito às vizinhanças da Terra, outros que abrangeu todo o sistema solar. Talvez tenha sido causado pela desintegração de uma lua ou de um cometa monstruoso.

Do ponto de vista da vida, a importância desse bombardeio intenso foi a distribuição de elementos orgânicos. Quando a nave espacial Giotto passou perto do cometa Halley em 1986, descobriu- se que ele tinha um núcleo preto como piche contendo carbono, hidrogênio, nitrogênio e enxofre. A análise dos grãos de poeira que saíam da cabeça revelou que um terço dessa poeira era material orgânico. Substâncias comuns como benzeno, metanol e ácido acético foram detectadas, bem como alguns dos tijolos dos ácidos nucléicos. Se podemos nos basear no Halley, os cometas poderiam facilmente ter suprido a Terra com bastante carbono para criar toda a biosfera. Um quadro semelhante está surgindo para os corpos gelados muito maiores nas margens do sistema solar. Os astrônomos descobriram recentemente vários objetos curiosos, denominados Centauros, que têm saído do cinturão Kuiper para errar pelo sistema solar. Esses planetesimais são vermelho-escuros, e parecem estar cobertos com resíduos primordiais ricos em hidrocarbonetos.

É tentador concluir que os cometas, asteroides e planetesimais impactantes cobriram uma Terra inicialmente árida com uma camada de matéria orgânica e água, formando assim a sopa primordial da qual a vida acabou nascendo. Há, entretanto, uma complicação com essa teoria. O impacto de um cometa é um acontecimento muito violento, sendo muito mais provável que destrua o material orgânico em vez de distribuí-lo. Pequenos objetos que entram na atmosfera em alta velocidade tendem a queimar completamente, enquanto projéteis grandes atingem o solo com tal força que são na sua maior parte vaporizados pela explosão. Para que os elementos orgânicos sobrevivam, o objeto cadente precisa ter sorte. Como veremos no capítulo 9, com a massa do projétil e o ângulo de entrada apropriados, a matéria orgânica extraterrestre pode atingir o solo sem dano, mas isso não é comum. Alguns pesquisadores acreditam ser provável que os grãos de poeira tenham melhor destino que as grandes rochas, e que a maioria dos elementos orgânicos da Terra tenham caído flutuando do espaço sob essa forma de partículas, como maná do céu. Outros pensam que as ondas de choque dos cometas cadentes vão gerar moléculas orgânicas novas para compensar as que os impactos destroem.

No caso extremo, um corpo muito grande vai atingir a Terra com tal violência que mais remove material do que o deposita. Isso é eufemisticamente chamado de erosão por impacto. Parece que as colisões maiores durante a era de bombardeamento pesado tinham ímpeto suficiente para arrancar grande parte da atmosfera e dos oceanos. O bombardeamento por cometas é, portanto, uma espada de dois gumes no que diz respeito à água e aos elementos orgânicos. Determinar se um planeta ganha ou perde com os bombardeios depende muito das circunstâncias. Parece que pequenos corpos como Marte, Mercúrio e a Lua perderam com a erosão por impacto, enquanto a Terra e Vénus ganharam material no final das contas.

A espada de dois gumes continua suspensa como a espada de Dâmocles sobre o nosso planeta. Cometas, asteroides e meteoros continuam a ameaçar a Terra. A razão para isso pode ser atribuída a influências muito além do sistema solar. Embora aos olhos humanos as estrelas pareçam estar fixas no céu, elas e o nosso Sol estão na realidade em órbita ao redor da galáxia, completando um circuito a cada 250 milhões de anos mais ou menos. Em consequência dessa lenta migração, outra estrela ou nuvem maciça de gás vai se aproximar do sistema solar de tempos em tempos. Quando isso acontece, o campo gravitacional perturba a nuvem de Oort. Alguns cometas são jogados para fora do sistema solar, outros são atirados de volta em direção aos planetas.

Quando um novo cometa é descoberto, a probabilidade é que sua visita seja única, seu corpo celeste caindo sobre nós dos confins extremos da nuvem de Oort ao longo de uma viagem de muitos milhões de anos. Às vezes, quando um cometa cruza o sistema solar interior, a sua órbita é perturbada por Júpiter ou por outro planeta, de modo que ele passa a retornar periodicamente. Conhecem- se muitos cometas periódicos, dentre os quais o mais famoso é o de Halley. Quando eles se aproximam do Sol, o material volátil começa a evaporar, e o cometa emite uma nuvem de gás e poeira que, arrastada pelo vento solar, forma a cauda característica. O destino último desses objetos é cair dentro do Sol, atingir um planeta ou ser mais uma vez ejetado do sistema solar interior. Alternativamente, o cometa pode “morrer”, isto é, perder todo o seu material volátil, deixar de brilhar e se desintegrar, antes que ocorra qualquer um desses acontecimentos.

Os cálculos indicam que perturbações na nuvem de Oort devem deslocar a maioria de seus cometas depois de algumas centenas de milhões de anos. Como os cometas ainda aparecem regularmente, algum processo de reabastecimento deve estar em andamento. Os astrônomos suspeitam que existe uma nuvem interior, ou cinturão de alimentação, responsável pelo reabastecimento, estendendo-se da região além de Netuno e diminuindo gradualmente, com um total de mais ou menos a massa de duas Terras. Nos últimos anos, vários corpos gelados grandes foram descobertos perto ou além da margem planetária do sistema solar, no cinturão de Kuiper. É provável que muitos cometas de curta duração se originem nessa região, em vez de na nuvem de Oort mais distante.

Mesmo hoje em dia um cometa ou um asteroide poderia atingir a Terra com força suficiente para destruir a maior parte da vida. Agora parece provável que grandes colisões tenham causado várias aniquilações de monta ao longo do tempo geológico. A mais famosa extinção em massa ocorreu 65 milhões de anos atrás (um tempo relativamente recente em termos geológicos), quando os dinossauros de repente morreram, junto com um grande número de outras espécies. A evidência de que o responsável pelo desastre foi um imenso impacto cósmico provém da descoberta de uma camada do elemento raro irídio em todo o mundo, depositado em estratos de argila criados naquela época. Esse irídio foi quase certamente distribuído pelo corpo impactante. A confirmação dramática da teoria surgiu em 1990, com a descoberta de uma cratera gigantesca de idade correta, soterrada embaixo de rocha calcária no México. Mede pelo menos 180 quilômetros de extensão, e foi provável men-, te aberta por um objeto de uns vinte quilômetros de diâmetro.

Os impactos cósmicos são exemplos do que os biólogos chamam acontecimentos contingentes. Eles não levam em conta a biologia terrestre. Apenas acontecem, inesperadamente, sem nenhuma conexão causal com a evolução da vida na Terra. São criativos e destrutivos, bons e maus. A origem da vida na Terra—e talvez também em outros planetas — pode ter provindo do material volátil rico distribuído, enquanto a morte dos dinossauros serviu para abrir o caminho para a ascensão dos mamíferos e, por fim, da humanidade. Ao que parece, devemos nossa existência a uma catástrofe astronômica casual. Ainda está em aberto se a humanidade vai seguir algum dia o destino dos dinossauros.

O EFEITO SÍSIFO

A descoberta de que a Terra e a Lua sofreram um bombardeio cósmico danificador até 3,8 bilhões de anos atrás nos coloca diante de um enigma importante. Se o registro fóssil é digno de confiança, a vida estava certamente florescendo há 3,5 bilhões de anos, e muito possivelmente há 3,85 bilhões de anos. Dadas as consequências terríveis de um impacto de monta, a vida teria suportado o último bombardeamento pesado? Infelizmente, a pista das evidências se obscurece exatamente quando esse problema se torna interessante. Embora geólogos tenham encontrado cristais de zircão isolados de 4,2 bilhões de anos, e tenham inferido que algum tipo de crosta sólida devia existir naquela época, as mais antigas rochas intactas encontradas até agora datam de 4,03 bilhões de anos. Os processos geológicos erradicaram quase toda a evidência do que o nosso planeta teria sido antes de uns 3,8 bilhões de anos.

Embora a Terra talvez relute a mostrar os segredos de sua juventude, evidências indiretas das condições anteriores a 3,8 bilhões de anos podem estar bem embaixo (até dentro!) do nosso nariz. O DNA de nossos corpos contém um registro do passado, porque nossos genes foram moldados pelas circunstâncias ambientais. Embora o registro genético, como o registro geológico, tenha sido alterado e obscurecido pelos estragos do tempo, não está completamente apagado. Extraindo as informações dos genes, os micro- biologistas podem dizer muito sobre o ancestral universal que teria vivido uns 4 bilhões de anos atrás, e com essas informações podemos conjecturar alguma coisa sobre as condições que prevaleciam naquela época. A mensagem que emerge é uma surpresa e tanto.

Vamos imaginar como era a Terra durante a época do pesado bombardeio cósmico. Todo grande impacto criava sublevação global da crosta. A escala dos danos era até muito pior do que a da explosão que destruiu os dinossauros. Há 3,8 bilhões de anos, a Lua foi atingida por um objeto de noventa quilômetros de diâmetro, o que produziu uma bacia de impacto colossal do tamanho das Ilhas Britânicas. Vários cataclismos semelhantes deixaram sinais de seus estragos sob a forma de círculos de montanhas. Sendo muito maior, a Terra deve ter sofrido dezenas de colisões dessa magnitude, bem como algumas que foram até maiores. E os culpados desses megaimpactos nem são assim tão difíceis de encontrar. Há muitos corpos grandes ocultos no sistema solar aindahoje. Quíron, um planetesimal recentemente descoberto, está numa órbita instável perto de Saturno e mede 180 quilômetros de extensão. As consequências de uma colisão sua com a Terra são terríveis de imaginar. E Quíron não é absolutamente o maior planeta pequeno conhecido. Há 4 bilhões de anos esses objetos teriam sido muito mais comuns do que são hoje em dia.

Os efeitos dramáticos de colisões maciças têm sido analisados por Norman Sleep e seus colegas na Universidade de Stanford.6 Um corpo impactante com quinhentos quilômetros de diâmetro escavaria um buraco com 1500 quilômetros de extensão e pelo menos cinquenta quilômetros de profundidade. Um imenso volume de rocha seria vaporizado numa gigantesca bola de fogo que se espalharia rapidamente ao redor do planeta, deslocando a atmosfera e criando uma fornalha global. A temperatura da superfície se elevaria a mais de 3000 °C, fazendo com que todos os oceanos fervessem e secassem, e derretendo rochas até uma profundidade de quase um quilômetro. Quando a atmosfera muito densa de névoa de rocha e vapor superaquecido lentamente esfriasse no período de alguns meses, começaria a chover gotas de rocha derretida. Um milênio completo se passaria antes que a chuva normal pudesse recomeçar, pressagiando um aguaceiro de 2 mil anos que acabaria reabastecendo os oceanos e fazendo o planeta voltar a algum tipo de normalidade.

Embora tenham ocorrido apenas poucas catástrofes tão severas como a descrita acima, Sleep estima que devem ter acontecido centenas comparáveis aos acontecimentos que criaram as principais formas de relevo lunares como o Mare Continentale. Essas borrifariam rocha derretida no espaço e criariam um cobertor transitório de vapor de rocha sobre a atmosfera da Terra. O calor radiante que cairia do céu seria suficiente para evaporar os quarenta metros superiores do oceano e desencadear décadas de chuva escaldante.

Evidentemente, grandes impactos têm o efeito de esterilizar completamente a superfície da Terra. A onda de calor chamuscante proveniente da névoa de rocha destruiria quaisquer organismos expostos em bem pouco tempo. Se a Terra foi atingida tão violentamente como os astrônomos acreditam, e se os organismos da superfície estavam realmente bem estabelecidos há 3,8 bilhões de anos, então a vida deve ter desabrochado quase no mesmo momento em que os efeitos do último impacto esterilizante chegavam ao fim. Isso sugere ou que a vida veio do espaço, ou que surgiu rapidamente, quando condições razoáveis já estavam a meio caminho.

(Claro, com uma só amostra é difícil ter muita confiança nessa conclusão.) De qualquer modo, há sentido em considerar a possibilidade de que a vida tenha surgido mais de uma vez. O último bombardeamento pesado pode ter sido precedido por uma fase relativamente tranquila. Em todo caso, os bombardeios devem ter diminuído gradativamente com o esgotamento dos projéteis, deixando intervalos de duração variável entre sucessivos impactos esterilizantes. Esses intervalos teriam criado janelas de oportunidade para o surgimento da vida.

Alguns anos atrás, Kevin Maher e David Stevenson, pesquisadores da Caltech, procuraram redefinir à luz do roteiro do bombardeamento o significado atribuído à origem da vida.7 Poderíamos dizer que a vida começa, raciocinaram, quando o tempo necessário para o surgimento de organismos auto-replicadores é menor do que o tempo entre impactos esterilizantes. Se fossem necessários, digamos, 10 milhões de anos para criar a vida a partir de uma sopa primordial, então o bombardeamento precisaria deixar janelas de pelo menos 10 milhões de anos para o surgimento da vida. Maher e Stevenson perguntaram então até que ponto é possível retroceder na era de bombardeamento e ainda esperar intervalos dessa duração. Encontraram uma resposta de 200 milhões de anos. Assim a vida poderia ter surgido em qualquer momento depois de uns 4 bilhões de anos atrás, florescendo nos períodos mais calmos, só para ser novamente eliminada pelo próximo impacto esterilizante. Como o mítico Sísifo, condenado a rolar a pedra morro acima só para vê-la tornar a cair depois de cada tentativa, a vida pode ter lutado muitas vezes para se estabelecer, só para ser repetidamente eliminada do espaço.

É um pensamento curioso que, se a vida surgiu de novo várias vezes, os humanos não seriam descendentes da primeira coisa viva. Seríamos antes os produtos das primeiras formas de vida que conseguiram sobreviver ao último grande impacto nessa extensa série de fins-e-começos. O que propõe uma questão interessante sobre as rochas de 3,85 bilhões de anos de Isua. Um impacto esterilizan- te poderia ter ocorrido depois que a vida as tivesse transformado. Nesse caso, os organismos que deixaram os seus vestígios sutis naquele antigo terreno talvez não sejam os ancestrais de nossa forma de vida. Podem ter pertencido a uma biologia alternativa mais antiga que foi totalmente eliminada pelo bombardeamento cósmico. Assim, as rochas da Groenlândia talvez contenham evidência do que é, em certo sentido, uma forma de vida alienígena.

Pelo que conhecemos da história primitiva do sistema solar, a superfície da Terra foi um lugar perigoso para um organismo vivo durante pelo menos várias centenas de milhões de anos. Até o fundo do mar teria oferecido pouca proteção contra a violência dos corpos impactantes maiores. As ondas de calor geradas por esses cataclismos teriam sido letais a uma profundidade de dezenas ou até centenas de metros na própria crosta da Terra. O nosso planeta estava longe de ser o Jardim do Éden. Onde então se esperaria que as formas mais primitivas de vida tivessem se aninhado? Que refúgio poderia ter salvo o primeiro ecossistema balbuciante da aniquilação total pela rocha vaporizada? A resposta parece ser: em algum lugar muito profundo. Algum lugar embaixo do solo.

Mas o que poderia viver ali?

7. Os supermicróbios

No final da década de 1920, a capital do Egito, Cairo, foi atormentada por uma série de importantes colapsos de seu sistema de drenagem. As investigações revelaram que o revestimento de concreto dos canos de esgoto tinham simplesmente se desintegrado depois de apenas dois anos no solo. Os engenheiros civis começaram uma série de experimentos para determinar a causa do estrago. Então esgotos em rápida deterioração começaram a surgir também em outros lugares. Em Orange County, Califórnia, a descarga principal de 26 milhas ficou seriamente carcomida, e teve de ser clorada para interromper a deterioração, enquanto o colapso total da descarga norte de 55 milhas de Los Angeles só foi evitado com a ajuda de ventilação forçada. Na África do Sul, os engenheiros da Cidade do Cabo ficaram desnorteados com a corrosão galopante de seus canos de esgoto de concreto, alguns dos quais eram devorados à velocidade de seis centímetros por ano. Claramente algo estranho estava acontecendo debaixo do solo.

Quando os esgotos em várias cidades australianas pequenas e grandes também começaram a entrar em colapso, o Conselho de Obras Metropolitano e de Melbourne foi convocado. Criou-se um projeto de pesquisa sob a coordenação do investigador especial Dr. C. D. Parker, que obteve amostras de canos de esgoto severamente afetados em toda a região. A essa altura, os engenheiros já suspeitavam que o problema estava de algum modo associado ao sulfeto de hidrogênio — o gás fedorento que lembra o cheiro de ovo podre —, mas a simples velocidade e virulência da corrosão era enigmática.

Parker não levou muito tempo para descobrir o que estava acontecendo.1 Teorias anteriores focalizavam algum tipo de transformação química do concreto, mas Parker percebeu que a corrosão se devia na realidade a um ataque biológico. Ele logo isolou o culpado: uma bactéria fina em forma de bastonete com uns dois micrômetros de comprimento. Esse bizarro micro-organismo corrói o concreto sólido, transformando-o numa substância semelhante a massa de vidraceiro depois de apenas algumas semanas. Ao contrário dos organismos normais que consomem matéria orgânica para crescer, os micróbios de Parker pareciam prosperar com uma dieta de enxofre, que eles extraíam do gás sulfeto de hidrogênio emitido pelos despejos dos esgotos. Parker conseguiu cultivar a bactéria, e escolheu o nome experimental de Thiobacillus concretivorus, isto é, “bastonete de enxofre comedor de concreto”.

Os testes de laboratório revelaram que o Thiobacillus concretivorus produzia ácido sulfúrico, e era isso o que estava destruindo os canos de esgoto de concreto. Na realidade, as bactérias isoladas se recusavam a crescer a menos que estivessem imersas em ácido sulfúrico. A concentração do ácido era espantosa, o bastante para matar todas as outras criaturas e até suficientemente forte para dissolver tiras de metal! Revelou-se que os micróbios amantes de ácido de Parker já eram conhecidos da ciência; tinham sido descobertos muitos anos antes e recebido o nome de Thiobacillus thio-oxidans. São um dos vários micro-organismos conhecidos como acidófilos — amantes de ácido — que positivamente exigem um meio ácido para viver e prosperam escondidos em lugares como depósitos de carvão e de minério de ferro. Alguns conseguem tolerar um fluido com um pH de apenas 2, o que se mostraria positivamente doloroso para alguém que nele pusesse a mão.

Não menos extraordinário que o Thiobacillus thio-oxiáans é um vigoroso pequeno micróbio chamado Halobacterium halobium, encontrado onde não se supunha existir vida, isto é, no mar Morto. Esse lago interior é tão salgado que os banhistas podem facilmente sentar-se sobre a água (eu mesmo tentei a experiência). O alto teor de sal se deve ao fato de o mar estar bloqueado pela terra. A água flui do rio Jordão e depois evapora, deixando o sal. A área ao redor do mar Morto é seca e árida, e grande parte lembra uma paisagem lunar. Apesar de seu cenário agreste e de seu nome sugestivo, o mar Morto não está completamente morto, como atesta a descoberta do Halobacterium halobium. Tampouco é o único a criar um hábitat para os micróbios salgados, que são conhecidos como halófilos. O Grande Lago Salgado, em Utah, e o lago Magadi, no Quênia, são hospedeiros de seus próprios micróbios. Halófilos viáveis também foram descobertos em minas de sal e sepultados em cristais antigos.

Conhecem-se micróbios que também podem sobreviver a outras condições extremas, como o frio intenso. Foram encontradas bactérias vivendo em água presa embaixo da camada de gelo antártica, por exemplo. Alguns conseguem tolerar o frio de temperaturas do nitrogênio líquido ou até mais baixas. Outros micro-organismos vivem muito bem em condições extremas de alcalinidade. Os plectonema, por exemplo, crescem numa solução tão alcalina que danificaria seriamente a pele humana. Existem até bactérias, como o Micrococcus radiophilus, que aguentam doses de radiação que se mostrariam rapidamente letais para a maioria dos outros organismos. Na verdade, micróbios saudáveis têm sido encontrados nos tanques de lixo dos reatores nucleares, ingerindo urânio, plutônio e outros elementos radioativos. A pressão também não é um obstáculo. Bactérias comuns como E. coli podem ficar sujeitas a várias centenas de atmosferas sem danos excessivos. No outro extremo, espécimes viáveis da bactéria Streptococcus mitis foram colhidas na superfície da Lua, onde suportaram um vácuo completo por dois anos ligadas ao revestimento de uma câmara instalada na nave espacial Surveyor III.

Os termos evocativos supermicróbio e extremófilo foram cunhados para designar esses vigorosos micro-organismos. A princípio os supermicróbios foram apenas uma curiosidade científica, estudados principalmente tendo em vista a possibilidade de sua exploração comercial. Recentemente, entretanto, quando os microbiologistas ampliaram os seus conhecimentos a respeito desses micro-organismos, eles assumiram um significado muito mais profundo. Alguns supermicróbios parecem ser extraordinariamente antigos e primitivos, e os cientistas sentem cada vez mais que eles poderiam ser fósseis vivos, a coisa viva mais próxima do ancestral universal. Nesse caso, as condições rigorosas em que vivem, embora extremas para nós, poderiam indicar como era a Terra há 3,8 bilhões de anos.

QUANTO MAIS QUENTE MELHOR

A vida orgânica sob as ondas sem praias

Nasceu e prosperou nas cavernas peroladas do Oceano.

Erasmus Darwin^2

No final do verão, a temperatura em Adelaide, a cidade onde moro, pode chegar às vezes a 43 °C. Quando isso acontece, a maioria das pessoas fica em casa. Lá fora, manter o corpo fresco é um grande problema. Já vimos até o nosso gato arfar como um cachorro. Alguns animais do deserto conseguem tolerar temperaturas um pouco mais altas que essa, mas 50 °C parece ser o limite. Se ficar muito mais quente, tanto os animais como as plantas começam literalmente a cozinhar. O cozimento tem o efeito de separar as proteínas de modo a impedir o seu funcionamento apropriado. O exemplo clássico é o do ovo, que se torna branco e sólido quando imerso em água moderadamente quente. Se isso começasse a acontecer a um animal vivo, ele logo estaria morto.

Há várias décadas os biólogos ficaram surpresos ao descobrir que certas bactérias vivem confortavelmente em temperaturas acima de 70 °C. Esses micróbios peculiares foram encontrados em montes de esterco, torres de silagem e até sistemas de água quente domésticos. Por razões óbvias, foram batizados de termófilos. A investigação revelou que os termófilos usam proteínas estabilizadoras especiais e estão encerrados em membranas celulares feitas com um tipo de cera resistente ao calor em vez de gordura normal. Durante algum tempo, supôs-se que 70° C marcasse um limite superior rigoroso para a temperatura dos hábitats de termófilos, senão até o seu DNA começaria a derreter. Foi, portanto, uma surpresa ainda maior quando, em 1969, Thomas Brock, da Universidade de Indiana, descobriu um supermicróbio, que chamou de Thermus aquaticus, vivendo nas fontes quentes do Parque Nacional de Yellowstone a temperaturas de 80 °C.

Como veio a se revelar, isso era apenas o começo. No final da década de 1970, o navio submersível Alvin, pertencente ao Instituto Oceanográfico Woods Hole, foi usado para explorar o fundo do mar ao longo da Falha de Galápagos no Oceano Pacífico. Essa forma de relevo, uns 2,5 quilômetros abaixo da superfície, interessa aos geólogos como um exemplo primário de aberturas vulcânicas submarinas conhecidas como chaminés negras. O nome deriva da aparência das chaminés de rocha revestidas de minerais, das quais fluidos escuros jorram para o oceano circundante. Perto de uma chaminé negra, a água do mar pode atingir temperaturas de 350 °C, bem acima do ponto normal de ebulição. Isso é possível por causa da imensa pressão naquela profundidade.

Para espanto dos cientistas envolvidos no projeto Alvin, a região ao redor das chaminés negras de Galápagos, bem como vários outros locais no fundo do mar, revelou-se cheia de vida. Entre os habitantes mais exóticos da profundeza estavam caranguejos e sérpulas gigantescas. Havia também bactérias termófílas familiares na periferia das chaminés negras. Os mais notáveis de todos, entretanto, eram micróbios até então desconhecidos que viviam muito perto do efluente abrasador em temperaturas que chegavam a 110 °C. Nenhum cientista jamais tinha imaginado seriamente que alguma forma de vida pudesse resistir a um calor tão extremo.

Os organismos que vivem em temperaturas de 80 °C ou mais altas são chamados de hipertermófilos em reconhecimento a sua espantosa capacidade de resistência ao calor. Depois da sua descoberta, logo se tornou claro que esses supermicróbios não eram anomalias que só acontecem uma vez. Até o momento, cerca de vinte gêneros foram descritos. É significativo que muitos hipertermófilos sejam arquea. O recorde oficial de temperatura pertence atualmente a um organismo conhecido como Pyrodictium occultum, que segundo se relata, emergiu apto e bem disposto depois de ter permanecido numa autoclave com temperaturas de 121°C durante uma hora. Entretanto, John Parkes, da Universidade de Bristol, alega^3 ter evidência de micróbios que vivem sob o fundo do mar a temperaturas de 169 °C.

Uma questão básica sobre esses organismos das profundezas do mar é a seguinte: Do que eles vivem? Os biólogos supuseram por muito tempo que toda a vida sobre a Terra dependia basicamente do Sol como fonte de energia. As plantas não crescem sem luz, e os animais devem comer plantas (ou uns aos outros) para sobreviver. Entretanto, naquelas profundezas marítimas é preto como breu.4 Ali não penetra a luz solar. Isso não é problema para os caranguejos e os vermes, porque eles ciscam comida entre as criaturas menores no fundo do mar. Mas alguma coisa deve estar na base da cadeia alimentar. Acontece que os micróbios atuam como produtores primários, obtendo a sua energia vital diretamente do caldo químico quente vomitado das profundezas vulcânicas.

Organismos que não comem matéria orgânica, mas fabricam diretamente a sua biomassa, são conhecidos como autotróficos (“alimentadores de si mesmos”). As plantas são os autotróficos mais familiares; elas usam a energia da luz solar para transformar substâncias inorgânicas como o dióxido de carbono e a água em material orgânico. Os autotróficos que criam biomassa usando energia química, em lugar da energia da luz, foram denominados quimioautotróficos, ou quimiotróficos na forma abreviada. A descoberta de quimiotróficos verdadeiros foi um acontecimento fundamental na história da biologia. Ali estava a base de uma cadeia vital completamente independente, uma hierarquia de organismos que podiam existir ao lado da vida familiar da superfície, mas sem dependerem da luz solar como fonte de energia primária.5 Pela primeira vez era possível conceber ecossistemas livres das complexidades da fotossíntese. Os cientistas começaram a vislumbrar um vasto novo reino biológico que permaneceu oculto durante bilhões de anos.

A VIDA NO MUNDO SUBTERRÂNEO

A vida microbiana existe em todos os locais em que os micróbios podem sobreviver.

Thomas Gold^6

Em seu livro Viagem ao centro da Terra, o famoso escritor de ficção científica Júlio Verne conta a história de uma expedição ao interior da Terra. Os intrépidos exploradores descobrem um mundo inteiramente novo embaixo do solo, ocupado por formas de vida exóticas que habitam cavernas subterrâneas. Infelizmente, a história de Verne desafiava a evidência geológica da época. Os mineiros sabem muito bem que lugares profundos significam calor: a temperatura pode aumentar até 20 °C para cada quilômetro extra que se penetra na terra. Isso torna a vida abaixo de uma profundidade de alguns quilômetros intolerável para a maioria dos organismos. O gradiente de temperatura continua dentro da crosta terrestre, passa pelo seu manto derretido e penetra no seu núcleo, onde a temperatura sobe a mais de 3000 °C. Qualquer viagem ao centro da Terra significaria incineração certa. O sonho de Verne, de que poderia haver vida embaixo da superfície da terra, parecia ridículo. Os biólogos sabiam havia muito tempo que a camada superficial do solo contém bactérias e que as cavernas de rocha calcária podem ser habitadas por organismos especialmente adaptados. Mas, salvo essas exceções, o planeta era considerado morto do solo para baixo.7 Entretanto, mais ou menos a mesma opinião prevalecia a respeito das profundezas do oceano. Nada poderia sobreviver, considerava-se, abaixo da zona “fótica” — as camadas superficiais do oceano iluminadas pela luz solar. A descoberta dos ecossistemas das chaminés negras mudou todas essas opiniões. Mas se os supermicróbios podem existir vários quilômetros abaixo do mar, eles também não poderiam existir vários quilômetros abaixo do solo?

Aparentemente, o primeiro cientista a falar publicamente que a vida poderia prosperar abaixo da superfície da Terra foi um geólogo de Chicago chamado Edson Bastin. Na década de 1920, Bastin se perguntou por que a água extraída dos campos de petróleo continha sulfeto de hidrogênio. Ele sugeriu que o gás poderia ter sido produzido por bactérias redutoras de sulfato que viviam nas profundezas dos reservatórios de óleo. Entretanto, com poucas evidências para comprovar a sua afirmação, Bastin encontrou poucos partidários para as suas ideias.

Na verdade, os indicadores de atividade biológica em grandes profundidades estavam por toda parte, se ao menos os geólogos tivessem sabido o que procurar. Na década de 1960, descobriram-se depósitos minerais subterrâneos que pareciam ter sido precipitados por micróbios. Ferro, enxofre, manganês, zinco e outras substâncias conhecidas por serem usadas por bactérias estavam concentradas de maneira suspeita. Enquanto isso, Lloyd Hamilton, um estudante de pós-graduação australiano da Universidade de Londres, descobriu formas inequívocas de micróbios fósseis nos veios do mineral jaspe. Concluiu que eram resquícios de micróbios precipitadores de ferro que tinham se alojado nos poros das rochas.8

Apesar do acúmulo de evidências de vida subterrânea, a opinião predominante de que a crosta da Terra é estéril só começou realmente a mudar no final da década de 1970. Nessa época, os governos estavam financiando pesquisas sobre o problema do armazenamento do lixo nuclear. O material radioativo fora enterrado em estratos profundos com base na pressuposição de que ali nada lhe poderia acontecer. Entretanto, estudos das águas subterrâneas já tinham indicado que poderia haver bactérias em reservatórios subterrâneos, enquanto amostras de rocha obtidas em levantamentos de perfuração apresentavam sinais denunciadores de processamento bacteriano. Lentamente os cientistas começaram a perceber que, se os micróbios podiam invadir lençóis aquíferos profundos, também podiam entrar em despejos nucleares subterrâneos e corroer os receptáculos de contenção, acabando por liberar o lixo nuclear. Preocupações semelhantes começaram a aparecer na indústria de petróleo, pois tornou-se claro que as bactérias também podem se infiltrar em reservatórios e acidificar o óleo. Mas até o final da década de 1980, a maioria dos cientistas ainda resistia à ideia de que a vida podia florescer muito abaixo da superfície da Terra. Quando o astrofísico Tommy Gold, da Universidade Cornell, anunciou^9 que tinha encontrado evidências de atividade biológica em granito sueco a quase sete quilômetros de profundidade, sua afirmação foi inicialmente saudada com zombaria.

Foi necessário recuperar micro-organismos vivos para convencer os céticos. O Departamento de Energia dos Estados Unidos encomendou um projeto de perfuração experimental na área do rio Savannah na Carolina do Sul, e os pesquisadores começaram a retirar rochas de uma profundidade de meio quilômetro com bactérias viáveis para quem quisesse ver. Os engenheiros do projeto tiveram o cuidado escrupuloso de evitar a contaminação das amostras com os organismos da superfície, por isso não havia dúvida de que os micróbios realmente habitavam as profundezas. Outros projetos de perfuração semelhantes em outras regiões dos Estados Unidos e em outros países confirmaram essas descobertas.

Em alguns casos, os micro-organismos foram encontrados em locais muito mais profundos. Perfurações de três quilômetros em sedimentos triássicos em Taylorsville, na Virgínia, revelaram hipertermófilos singulares em forma de bastonete, inclusive os que foram imaginativamente batizados de Bacillus infernus. Os micróbios em locais mais rasos tendiam a ser mesófilos — organismos que crescem em condições quentes, mas não tórridas. Abaixo de dois quilômetros, os termófilos predominavam. Os cientistas do projeto estimam que o sítio de Taylorsville foi ocupado pelos micróbios há pelo menos 140 milhões de anos.10 Alguns locais, como a mina de rocha dura Stripa na Suécia, são dominados por um punhado de espécies, enquanto sedimentos quebradiços litorâneos na Carolina do Sul abrigam comunidades contendo centenas de diferentes variedades. O inventário total das espécies de micróbio que vivem nas profundezas chega atualmente à casa dos milhares. Foram obtidas algumas amostras de rocha das profundezas com mais de 10 milhões de bactérias por grama. Está começando a parecer que as rochas embaixo de nossos pés estão cheias de formas de vida diminutas.

Agora que a existência de supermicróbios subterrâneos foi reconhecida, os cientistas correm a reescrever os compêndios. Toda singularidade geológica está sendo atribuída às atividades de micróbios inusitados. Bactérias secretoras de ácido, por exemplo, podem corroer rocha sólida como o quartzo, causando esburacamento e erosão. Será que esse processo também se dá no subsolo profundo? As redes de poros que permitem a extração de petróleo das rochas sedimentares talvez até devam a sua origem a esses pequenos organismos ativos. Nesse caso, isso abre a perspectiva lucrativa de usar os supermicróbios para acelerar a extração de petróleo.11

O movimento das águas subterrâneas é outro alvo para os caçadores de bactérias. Francis Chapelle, do Levantamento Geológico dos Estados Unidos em Columbia, Carolina do Norte, tem estudado a atividade de micróbios em lençóis aquíferos profundos, e descobriu que bactérias dissolventes de ferro podem criar poros e aumentar o fluxo da água, enquanto bactérias produtoras de sulfeto voltam a precipitar o ferro dissolvido e tapam os poros. Ele compara os micróbios com minúsculos guardas de comporta, impedindo e liberando o fluxo de acordo com as suas necessidades.12

Um quadro semelhante começou a surgir em levantamentos marítimos. Não só os micróbios vivem em cima ou perto do fundo do mar, como também habitam os estratos de rocha sedimentar embaixo do fundo do oceano. O Programa de Perfuração Oceânica Internacional recuperou rochas com sinais de vida em locais quase um quilômetro abaixo do fundo do mar. Amostras de dez locais no mar Mediterrâneo e nos oceanos Atlântico e Pacífico foram estudadas por John Parkes e seus colegas em Bristol.13 Novamente tomaram-se precauções meticulosas para evitar a ameaça de contaminação. Colocaram-se as amostras das rochas profundas num aparelho asséptico especial com nitrogênio, e as pedras foram cortadas ao meio com uma serra para metal. As extremidades do corte foram então queimadas e protegidas. Quase tudo à vista foi esterilizado. As rochas profundas foram armazenadas num ambiente livre de oxigênio a 4 °C, até que pudessem ser analisadas no laboratório algumas semanas mais tarde. Ali, foram ainda mais retalhadas e examinadas.

Os resultados foram sensacionais. Os pesquisadores de Bristol encontraram micróbios em todas as amostras que estudaram, tiradas de uma profundidade de 750 metros. Se é que existe alguma diferença, as colônias microbianas do fundo do mar se mostraram mais prolíficas do que as encontradas embaixo dos continentes. Parkes foi capaz de contar diretamente as bactérias enterradas usando o microscópio, confirmando a sua espantosa fecundidade. As populações iam de mais de 1 bilhão por centímetro cúbico perto da superfície a 10 milhões em regiões bem mais profundas. Curiosamente, há evidências de que os números começam a subir de novo abaixo de uma certa profundidade, ainda sem fim à vista. Importante é que cerca de 5% das bactérias recuperadas foram apanhadas no ato de se dividirem, o que prova que estavam bem vivas ao serem arrancadas das profundezas. Na verdade, algumas ainda estavam viáveis. Usando uma panela de pressão modificada, Parkes tem conseguido cultivá-las no laboratório.

Essas descobertas recentes revelam que a Terra possui um mundo subterrâneo vivo muito difundido, cuja vasta extensão só agora está ficando clara. Deve haver ao todo uma imensa quantidade de biomassa nos subterrâneos. Se as bactérias proliferam a uma profundidade de meio quilômetro ou mais, como sugerem os levantamentos, então, somadas em todo o planeta, constituiriam um décimo da biomassa da Terra. Até esse número poderia ser uma subestimativa, porque alguns tipos de micróbio vivem muito bem em profundidades ainda maiores. Se 110 °C é a temperatura máxima que conseguem tolerar, então o reino microbiano poderia chegar a quatro quilômetros de profundidade embaixo do solo e a sete quilômetros embaixo do fundo do oceano. E, se dermos crédito a Parkes, a temperatura máxima poderia chegar a 170 °C, e a zona habitável penetraria ainda mais fundo.

Uma pergunta óbvia, para começar, é como os organismos chegaram a esses locais profundos. Eles se infiltraram nas rochas a partir da superfície, carregados pelas águas subterrâneas? Ou ficaram presos há muito tempo, quando os sedimentos foram formados pela primeira vez? Parece provável que os dois caminhos tenham sido percorridos em alguma medida. Entretanto, essas explicações derivam da pressuposição de que a vida da superfície é “normal”, e a vida subterrânea uma adaptação fora do comum. Podemos ter certeza disso? Não será possível que o raciocínio esteja literalmente de cabeça para baixo, e que a verdade seja justamente o oposto?

ASCENDENDO DO HADES

Desde a especulação casual de Darwin de que a vida teria começado num pequeno lago tépido, o saber convencional tem sido que a vida é e sempre foi um fenômeno de superfície. A descoberta da biosfera quente e profunda alterou dramaticamente essa visão. Se a vida pode florescer muito abaixo da superfície da Terra, talvez fosse o caso de procurarmos lá embaixo o cadinho em que a primeira coisa viva foi forjada.

Há várias razões para que um local sobre o fundo do mar ou, ainda melhor, nos sedimentos de rocha abaixo desse solo pareça o cenário natural mais promissor para a origem e a evolução primitiva da vida. A mais óbvia diz respeito à ameaça de impactos cósmicos que discuti no capítulo anterior. A violência do último bombardeamento pesado teria efetivamente esterilizado a superfície da Terra mais de uma vez. Com rocha vaporizada fervendo os oceanos e derretendo a terra, as condições teriam sido letais até uma profundidade de pelo menos dezenas de metros. Mas em regiões mais profundas, os micro-organismos teriam resistido até a impactos muito grandes. Um perigo adicional de residir na superfície da Terra no passado remoto era a radiação ultravioleta. Sem um escudo de ozônio, a luz do sol teria se mostrado mortal. As erupções vulcânicas, mais amplas então do que agora, teriam vomitado enormes quantidades de poeira. As variações climáticas, devidas a aerossóis e a mudanças na pressão atmosférica provocados pelo bombardeamento, eram provavelmente extremas. Abaixo da superfície, entretanto, as condições teriam sido muito mais estáveis e serenas.

Outra vantagem de um local profundo é que as matérias-primas necessárias para a vida ali se acham facilmente à mão. Mesmo hoje em dia a crosta da Terra exsuda um suprimento constante de hidrogênio, metano, sulfeto de hidrogênio e outros gases redutores.

Esses são justamente os elementos químicos necessários para sintetizar as biomoléculas com eficiência. No seu famoso experimento, Miller e Urey supuseram que a atmosfera primeva da Terra era composta desses gases redutores, mas agora que os geólogos preferem uma mistura de dióxido de carbono e nitrogênio, a teoria da sopa da superfície não parece muito animadora. Em oposição, no reino do subsolo, especialmente nas vizinhanças das chaminés vulcânicas, a crosta teria fornecido uma verdadeira abundância de elementos químicos redutores, inclusive ferro ferroso. Outras substâncias nutrientes, como enxofre e manganês, também são abundantes nas rochas e no efluente vulcânico. A natureza esponjosa do basalto do fundo do mar ajuda ao providenciar um labirinto de canais e cavidades para concentrar o material orgânico, e uma vasta área de superfície para catalisar as reações. No conjunto, isso contribui para um ambiente bioquímico altamente produtivo, uma expectativa confirmada pelo experimento. As simulações da crosta oceânica geotermicamente aquecida geram muito mais elementos orgânicos do que os tradicionais experimentos de Miller-Urey.

A energia é um outro fator a considerar, tão importante quanto as matérias-primas. Everett Shock, da Universidade de Washington em St. Louis, computou os estoques de energia e entropia perto das aberturas hidrotermais no mar profundo. “Há um enorme impulso termodinâmico para formar compostos orgânicos, quando a água do mar e o fluido hidrotermal, que estão longe de um equilíbrio, se misturam e se movem para um estado mais estável”, explica.14 Shock acha que a energia existente é maximizada perto dos 100-150 °C, exatamente a faixa de temperatura em que vivem os hipertermófilos. Não só esses organismos podem facilmente aproveitar as imensas reservas de energia química e térmica fornecidas, como também podem até ganhar energia fabricando compostos orgânicos simples. A energia liberada pode então ser usada para compensar termodinamicamente as reações desfavoráveis como a síntese peptídica. Shock estima que, numa abertura típica, a vida pode explorar essa mina termodinâmica criando bio- massa à taxa prodigiosa de 2,5 quilos por hora. Isso contrasta com a luta morro acima da fotossíntese, usada pela vida na superfície, que exige mecanismos especiais para superar a desvantagem termodinâmica. Diz-se frequentemente que não existe almoço grátis. Pois parece que os micróbios hidrotérmicos são pagos para comer o seu almoço! “Em nenhum outro lugar na Terra a conexão entre os processos biológicos e geoquímicos é tão profundamente evidente como nos sistemas hidrotermais”, conclui Shock.15

Por mais persuasivos que sejam esses argumentos, a evidência mais convincente de que a vida começou quente e profunda não vem da química, mas da genética. Como mencionei no capítulo anterior, os genes dos organismos existentes abrigam um registro do passado, e é à biologia molecular que devemos recorrer para discernir a natureza do ancestral universal. Como ele era e onde vivia? A técnica de sequenciamento dos genes introduzida por Cari Woese, que apresentei no capítulo 3, pode ser usada para reconstruir a árvore da vida e determinar as distâncias evolucionárias entre micróbios diferentes. A partir desses estudos, é possível inferir qual foi o grupo de organismos que menos evoluiu ao longo do tempo, sendo, portanto, o mais semelhante à vida primitiva. Os resultados dessa pesquisa apontam fortemente para os arqueas. Deve-se lembrar que os arqueas constituem um dos três grandes domínios da vida. Separaram-se dos outros domínios, as bactérias e os eucarias, há muito tempo, possivelmente há 3,8 bilhões de anos. Mas enquanto a maioria das bactérias e dos eucarias passou por mudanças genéticas substanciais, o relógio evolucionário andou muito lentamente para os arqueas.16

Entre as muitas espécies de arqueas conhecidos, alguns grupos se salientam como os mais vagarosos de todos em acumular mudança genética. Esses atolados evolucionários têm nomes divertidos como Pyrodictium e Thermoproteus. Karl Setter e Susan Barns estudaram extensamente esses arqueas usando uma técnica chamada análise do 16SRRNA, que se refere a uma sub unidade do RNA ribossomal que pode ser extraído de organismos não cultivados que se encontram na natureza. A Figura 7.1, baseada em trabalho anterior feito por Woese e seus colegas, resume os últimos resultados como uma porção da árvore da vida.17 A característica mais significativa, o que salta aos olhos, é que os ramos mais baixos e mais curtos da árvore são dominados por termófilos e hipertermófilos. Os organismos que se aglomeram ao redor das aberturas termais do oceano e habitam as rochas quentes do subsolo é que são os casos de atavismo evolucionário. A mensagem inequívoca dos genes é que os micróbios amantes do calor e das profundezas são os que mais se assemelham ao organismo ancestral universal.

Talvez não seja surpresa. Enquanto a superfície da Terra foi enormemente transformada ao longo do tempo geológico, o subsolo mudou muito menos. Existem locais, como as rochas sedimentares no fundo do mar e nas aberturas hidrotermais submarinas, que mal se diferenciam de seus equivalentes de bilhões de anos atrás. Se a vida realmente começou num local quente e profundo, bem poderia ter ocupado continuamente esses ambientes até os dias atuais. Com as condições estáveis, a evolução teria se atolado, sendo possível esperar que os habitantes desses lugares quentes do subsolo diferissem pouco de seus antigos antepassados. Os micróbios que moram embaixo do solo e do fundo do oceano, e que se congregam nas águas escaldantes ao redor das aberturas hidrotermais, poderiam ser assim os remanescentes da época turbulenta em que a vida lutava para se estabelecer num planeta quente e perigoso.

Quando os hipertermófdos foram descobertos pela primeira vez, a maioria dos microbiologistas inclinava-se a considerá-los aberrações — organismos estranhos que de algum modo teriam invadido nichos peculiares de altas temperaturas, e evoluído para enfrentar as condições inusitadas. Agora a evidência aponta para a conclusão oposta: os micro-organismos mais primitivos eram todos hipertermófilos, e só mais tarde é que alguns se adaptaram à vida em temperaturas mais baixas. Em certos locais abaixo da superfície da Terra, continuam a existir bolsões em que as condições se assemelham às de muito tempo atrás. Ali ainda se acham organismos que retêm há 4 bilhões de anos um estilo de vida primevo. Uma chaminé negra pode ser um lugar proibitivo para você ou para mim, mas para um organismo infernal como Pyrodictium occultum ou Thermoproteus tenax é um verdadeiro paraíso. Amimados e contentes em seus casulos geotérmicos, esses supermicró- bios são, na verdade, “covardes” biológicos, que se agarram ao berço da vida, enquanto ao redor os seus primos mais aventureiros “partiram e se multiplicaram”, tendo aprendido a enfrentar as realidades mais duras da vida na ou perto da superfície da Terra. Se essa teoria está correta, a direção da migração microbiana foi para cima e não para baixo. A vida subterrânea não foi enterrada, ali existia desde o início. A vida ascendeu das profundezas.

A teoria de que a vida começou quente e profunda foi posta em discussão^18 pela primeira vez em 1981 por Jack Corliss, da Universidade de Maryland, e popularizada por Tommy Gold num trabalho^19 pioneiro intitulado “A biosfera quente e profunda”, publicado em 1992. Inicialmente saudada com um considerável ceticismo, essa teoria está rapidamente ganhando popularidade entre cientistas de muitas disciplinas. Várias linhas de evidência da biologia molecular a sustentam. Por exemplo, os hipertermófilos assimilam carbono de forma estranha, usando um ciclo químico simples e bastante primitivo. Todos os organismos mais profundamente enraizados na árvore da vida utilizam proteínas especiais de choque térmico, que protegem contra flutuações repentinas de temperatura do tipo esperado perto dos sistemas vulcânicos. Essas proteínas contêm metais como zinco e molibdênio que são comuns no efluente vulcânico. Outra corroboração vem de uma análise detalhada dos hábitos de temperatura dos micróbios. Os arquea, como vimos, incluem muitos hipertermófilos. Os eucaria, que são geralmente mais evoluídos e complexos que os arquea, só conseguem reunir um punhado. No que diz respeito às bactérias, elas incluem alguns hipertermófilos, muitos termófilos e ainda mais mesófilos. No cômputo geral, o perfil de população sugere que os eucaria sempre foram animais basicamente frios, poucos tendo se adaptado a condições quentes, enquanto os arquea e as bactérias começaram preferindo o calor, mas alguns evoluíram para se adaptar a temperaturas mais baixas.

A constituição genética dos arquea aponta convincentemente para o fato de serem antigos remanescentes das profundezas escaldantes. Se isso é verdade, então esses micróbios vão nos fornecer um instantâneo de como era a vida e o planeta Terra no passado remoto. Ou o argumento pode ser invertido: se o estilo de vida dos micróbios arqueanos corresponde ao que conhecemos sobre o passado remoto, isso sustenta a teoria de que esses organismos são cápsulas do tempo em miniatura.

QUE COMAM ROCHA

Por mais justificados que possam ser os nossos receios quanto às espécies ameaçadas de extinção e à perda de biodiversidade, a vida em geral tem um domínio firme sobre nosso planeta. Ao longo do tempo, a Terra tem sido moldada e adaptada para se adequar às exigências da biologia. Mesmo o impacto de um grande asteroide, embora criando estragos e destruindo muitas espécies com um só golpe, não conseguiu eliminar inteiramente a ecosfera durante pelo menos 3,5 bilhões de anos. A vida na Terra hoje desfruta de uma robustez e uma diversidade que garantem que ela sobreviverá, de alguma forma, a tudo que não seja a mais violenta calamidade.

A situação há 3,8 bilhões de anos era outra história. O destino de qualquer micro-organismo que lutasse para obter alguma segurança devia estar sempre diante de situações críticas. Antes que pudessem se diversificar para oferecer proteção contra o inesperado, os micróbios tiveram de enfrentar o desafio de muitos perigos além dos asteroides gigantes. O problema mais urgente enfrentado foi uma crise de alimentos, ou mais estritamente, uma crise de energia. Sem vida existente abundante, não havia nada orgânico para comer, por isso eles tinham de adquirir a sua energia de algum outro lugar. As duas fontes possíveis eram a luz solar e os elementos químicos. Dado que a fotossíntese é um processo complicado, a quimiotrofia parece ter sido o método mais provável.

Sondando a história, podemos discernir a primeira pista que aponta para a quimiotrofia no trabalho de um certo Sergei Winogradsky, um bacteriologista russo que, na década de 1880, estudou as bactérias filamentares que habitam as fontes sulfurosas. Ele descobriu que o gênero Beggiatoa come enxofre. Na realidade, isso acontece quase como uma medida desesperada. Winogradsky conseguiu cultivar as bactérias usando um meio de sulfeto de hidrogênio dissolvido em água. Apesar de ser um veneno mortal para a maioria dos organismos, esse elemento químico foi claramente o sustento escolhido pelas Beggiatoa. Enxofre bruto também era aceitável, mas apenas como ração de fome.

A descoberta de Winogradsky foi uma revelação. Até então, os biólogos tinham suposto que todos os organismos ou comiam pedaços de outros organismos, ou tiravam a sua energia da fotossíntese. Entretanto, ali estava um micróbio vivendo muito bem com uma dieta de enxofre ou sulfeto de hidrogênio — ambos elementos químicos inteiramente inorgânicos. Foi Winogradsky quem cunhou o nome “autotróficos” para designar os organismos que obtêm a sua energia de fontes inorgânicas. Ironicamente, revelou-se que as Beggiatoa não são afinal verdadeiros autotróficos, mas Winogradsky estava certamente na pista certa, e muitos micróbios quimiotróficos foram descobertos desde então. Um deles é o extraordinário Thiobacillus thio-oxidans, a bactéria beberrona de enxofre que ataca os esgotos.

Os quimiotróficos criam biomassa a partir do dióxido de carbono, que sempre esteve à disposição na Terra em forma de gás ou dissolvido na água. A energia pode ser suprida por uma variedade de reações químicas. Uma dessas é a oxidação de enxofre ou sulfeto de hidrogênio, popular entre as bactérias existentes na superfície que têm acesso ao oxigênio do ar. De mais interesse para nós aqui são as anaeróbias, as que odeiam oxigênio, porque não havia oxigênio livre sobre a Terra primitiva. Entre as cerca de cinquenta espécies identificadas de hipertermófilos, os organismos com as temperaturas mais altas de crescimento incluem os Pyrodictium e os Pyrobaculum. Eles não têm nenhuma relação com o oxigênio, o que se harmoniza com a teoria de que esses arqueas amantes do calor são fósseis vivos de uma era remota sem oxigênio. Esses supermicróbios obtêm a sua energia do enxofre, combinando-o com hidrogênio para formar sulfeto de hidrogênio.

O enxofre está amplamente espalhado entre importantes biomoléculas, um elemento químico secundário, mas importante na vida ainda existente. As bactérias metabolizadoras de enxofre incluem alguns dos hipertermófilos mais antigos. Isso indica um papel-chave do enxofre na formação da vida. O antigo nome para enxofre é pedra de fogo, uma substância diabólica associada com os vulcões ígneos e o inferno. Era um elemento comum na Terra primeva, especialmente sob a forma de sulfeto de hidrogênio. O lugar central do enxofre na história das origens da vida é uma ironia divertida. Não só o Éden real era provavelmente um inferno de Hades, como pode-se descobrir que a vida foi criada a partir da pedra de fogo!

O ferro é outro elemento importante para a vida. É frequentemente encontrado em combinação com o enxofre como o mineral pirita, comumente conhecido como ouro de tolo. O químico alemão Gunter Wächterhäuser^20 tem sugerido a pirita como o principal catalisador para a biogênese, enquanto as membranas de sulfeto de ferro também formam o cenário para a teoria de Mike Russell sobre a origem da vida, que descrevi no capítulo 5. A pirita é ainda uma fonte de alimento para o quimiotrófico Thiobacillus ferro-oxidans, que obtém energia da oxidação de componentes tanto do ferro como do enxofre. Aliás, os engenheiros de mina conhecem muito bem as atividades desse organismo ativo. O ferro férrico produzido como refugo libera mais ferro e enxofre da pirita, criando um ciclo descontrolado de reações. Nos pontos em que ocorrem grandes quantidades de pirita em despejos de minério, minas ou veios de carvão, esse processo pode corroer a maquinaria e criar um sério problema de poluição conhecido como drenagem de ácido das minas. O Thiobacillus ferro-oxidans também pode digerir outros sulfetos de minerais, como cobre, estanho e até urânio, e tem sido explorado comercialmente no refinamento mineral. Outro quimiotróficos comedor de ferro que anuncia a sua presença é o Gallionella, um habitante de correntes de água ricas em ferro. Ele converte sais ferrosos solúveis para o estado férrico insolúvel, causando a visível coloração enferrujada da água. O enxofre e o ferro bem podem ter sido os principais parteiros do nascimento da vida na crosta da Terra, e eles continuam a oferecer ricos resíduos para os micro-organismos ainda hoje. Na próxima vez que você vir uma corrente de água cor de ferrugem, reflita que pode estar testemunhando um processo diretamente relacionado com a origem da vida.

Muitos outros caminhos quimiotróficos são explorados pelos micróbios. Os extraordinários arqueas dividem-se naturalmente em três grupos: os termófilos, os halófilos (amantes de sal) e os metanógenos. Os últimos obtêm a sua energia gerando metano, uma forma muito básica de metabolismo que ainda é difundida no mundo microbiano. Um químico consumado pode produzir metano diretamente do hidrogênio e do dióxido de carbono. É isso o que faz o Methanothermus — um micróbio em forma de bastonete que habita as fontes quentes da Islândia. Recentemente, Todd Stevens e Jim McKinley, do Pacific Northwest Laboratory de Richland, Washington, encontraram por acaso micróbios fazendo algo parecido em regiões bem profundas, durante um projeto de perfuração na região do rio Columbia.21 Foram alertados sobre a presença de metanógenos subterrâneos por uma explosão que ocorreu durante a perfuração de uma camada de basalto profunda. Ao investigar, Stevens e seus colegas descobriram que as rochas profundas estavam liberando hidrogênio. O gás hidrogênio é altamente explosivo no ar, e para mim foi uma surpresa a revelação de que ele ocorre naturalmente em toda parte da Terra nos dias de hoje. Aparentemente, vários processos químicos o produzem, como a infusão de água em silicatos ricos em ferro. Surpreendentemente, há certos locais em Omã, na Califórnia e no Japão onde concentrações muito altas de hidrogênio vazam para a superfície.

O gás hidrogênio é uma fonte bem-vinda de energia para os metanógenos, que o combinam com dióxido de carbono dissolvido e criam biomassa à medida que se movem. Ao fazer isso, eles podem estar pondo em ação a forma mais antiga de metabolismo. Esses são exemplos de quimiotróficos que são verdadeiramente independentes da vida na superfície, e não dependem, nem indiretamente, dos produtos da fotossíntese. Como tais, poderiam sustentar uma cadeia alimentar e vital que floresceria na escuridão total, bem abaixo da superfície. Essa conjectura não é uma especulação vã. Stevens e McKinley conseguiram cultivar as bactérias tiradas de seu poço de perfuração, e descobriram que alguns dos micróbios vivem parasiticamente do material original produzido ab initio pelos outros. Os cientistas acreditam que existe um ecossistema complexo dentro do basalto do rio Columbia, e cunharam o acrônimo evocativo SLIME [LODO] (de Ecossistema Microbiano Litoautotrófíco do Subsolo, em inglês) para descrevê-lo. É quase certo que haja SLIMES em muitos outros lugares à espera de ser descobertos.

Os metanógenos ocupam um dos ramos mais profundos da árvore arqueana, e assim por implicação estão entre as formas de vida mais primitivas. Um desses metanógenos, chamado Methanopyrus, também possui uma das temperaturas mais altas de crescimento (110 °C) e contém uma peculiar membrana formada por elementos químicos que parece ser precursora das membranas de lipídio encontradas na maioria dos arqueas. Essas características sugerem que o Methanopyruspode estar entre os tipos mais primitivos de organismo até agora encontrados.

O problema de reconstruir a base microbiana da árvore da vida é que não temos ideia dos organismos que ainda restam a ser descobertos no momento, talvez em algum obscuro SLIME. OS microbiologistas não só estão descobrindo novas espécies o tempo todo, mas ocasionalmente revelam novos reinos inteiros. O Lago Obsidian no Parque Nacional de Yellowstone revelou recentemente dois arqueas até então desconhecidos que ocupam um ramo profundo distinto situado entre os eucarias e o grupo principal da espécie arqueana. O sequenciamento realizado por Susan Barns, Norman Pace e seus colegas indica a existência de um agrupamento separado que pode representar o reino microbiano mais primitivo até agora conhecido.

Sem dúvida, nenhum organismo existente será um clone exato de seus antigos ancestrais. Algum desvio evolucionário é inevitável ao longo de períodos tão enormes. Ainda assim, podemos tentar adivinhar o micróbio conhecido que teria maior semelhança com o ancestral universal. Um candidato provável é o redutor de enxofre Pyrodictium. Ele também prospera a 110° C, sugerindo uma linhagem termofílica profunda. Vive em colônias que formam curiosas redes de cocos conectados por diminutos túbulos filamentares. É fascinante imaginar se nossos antepassados distantes habitaram uma dessas teias enredadas em algum nicho tórrido do subsolo há 4 bilhões de anos.

O RESTO É HISTÓRIA

Resumindo: o registro dos genes sugere que o ancestral universal vivia muito abaixo da superfície da Terra, a uma temperatura bem acima de 100 °C, e provavelmente comia enxofre. Entretanto, é claro que essa pequena criatura já era uma forma sofisticada de vida com características complexas como a síntese de proteínas codificadas. Uma longa história evolucionária deve tê-la precedido. Não sabemos quase nada sobre as circunstâncias que conectaram a primeira coisa viva ao ancestral universal.

É tentador especular que a vida teria realmente começado num nicho do subsolo rico em minerais e geotermicamente aquecido, evoluindo in situ até o ancestral universal, antes de se irradiar pelo planeta. Entretanto, não sabemos se foi isso o que se deu. A vida pode ter começado num ambiente completamente diferente, e invadido a região quente do subsolo numa data posterior. No capítulo 6, discuti o trabalho de Norman Sleep e outros, sugerindo que a superfície da Terra sofreu esterilização episódica pelo vapor de rocha dos grandes impactos cósmicos. Segundo essa teoria da “frustração”, a vida era sempre eliminada, só para surgir de novo das cinzas, como a fênix. Quando o bombardeamento diminuiu, a superfície ainda era chamuscada de tempos em tempos, mas agora havia refúgios nos estratos profundos de rocha. Como essas rochas profundas eram geotermicamente quentes, ofereciam um lar apenas para os hipertermófilos. Até os mesófilos ali teriam morrido. Assim não é surpresa que o ancestral universal tenha sido um hipertermófilo; esses eram os únicos organismos cuja zona de conforto se achava muito além do alcance das ondas de calor geradas pelos impactos cósmicos. Todos os micróbios da superfície amantes do frio, talvez precursores dos termófilos, teriam sido cozinhados pelos impactos, e seus ramos particulares da árvore da vida teriam sido abruptamente truncados. Se esse roteiro está correto, então a posição dos hipertermófilos perto da base da árvore da vida conhecida não indica necessariamente que a vida tenha começado em regiões quentes e profundas, mas apenas que a vida na Terra teve de passar por um “gargalo” de temperatura criado pelos bombardeios meteóricos.22

Um indicador de uma fase mais primitiva da vida provém da descoberta de bactérias autotróficas que não só podem sintetizar biomassa a partir do nada usando dióxido de carbono, mas também usando substâncias orgânicas mais complexas como o ácido acético. Os organismos que assim atuam têm sido chamados de mixotróficos, e podem usar a luz como fonte de energia, como no caso das bactérias verdes sulfúricas, ou uma reação química como a oxidação do enxofre ou do hidrogênio. Se a superfície da Terra primeva estava coberta de substâncias orgânicas provenientes dos impactos cósmicos, isso teria providenciado um suprimento imediato de matérias-primas. Talvez os primeiros organismos fossem mixotróficos que viviam na superfície, e seus hábitos metabólicos continuem a existir num punhado de micróbios. Por sinal, a vida pode ter começado nos próprios cometas, uma ideia a que voltarei no capítulo 9.

Embora não possamos determinar onde a vida começou em última análise, parece cada vez mais provável que, depois da diminuição do bombardeamento, a vida tenha ficado confinada em locais em cima ou embaixo do fundo do mar, quer perto de aberturas vulcânicas, quer dentro de sistemas hidrotermais distantes das cristas. Depois que a vida se estabeleceu com segurança nesses lugares, o caminho estava aberto para a proliferação e a diversificação. Embora o que se segue seja principalmente conjectura, acho que a história subsequente teria sido mais ou menos assim. Os micróbios mais primitivos eram hipertermófilos, amantes de temperaturas entre 100 e 150 °C. Habitavam pelo menos um quilômetro abaixo da superfície, possivelmente sobre o fundo do mar, porém mais provavelmente na rocha porosa sob essa região. Imersos em água superaquecida repleta de minerais, eles avidamente ingeriam e processavam ferro, enxofre, hidrogênio e outras substâncias facilmente encontráveis, liberando energia de ciclos químicos primitivos e um tanto ineficientes. Essas células primitivas eram toscas comedoras de rocha. Nem a luz, nem o oxigênio desempenhavam nenhum papel no seu metabolismo. Eles tampouco requeriam material orgânico; fabricavam aquilo de que necessitavam diretamente das rochas e do dióxido de carbono dissolvido na água.

A primeira colônia microbiana tinha todo o mundo à sua disposição, e um suprimento abundante de materiais e energia. Teria se espalhado com velocidade surpreendente. O potencial para que os micróbios se multiplicassem a um ritmo explosivo garantia que invadissem com rapidez cada nicho acessível. Sem nenhuma competição residente, podiam rapidamente herdar a Terra. Entretanto, dada a explosão da população, a colônia logo teria chegado aos limites de seu hábitat. Impedidos de penetrar mais fundo pelas temperaturas crescentes, e incapazes de se reproduzir nos estratos mais frios da superfície, os micróbios só podiam se espalhar horizontalmente, ao longo das cristas vulcânicas no meio do oceano, e lateralmente pelo basalto do fundo do oceano.

Em algum estágio, talvez há 3,8 bilhões de anos, deu-se a primeira grande bifurcação evolucionária, quando um grupo de micróbios se viu repentinamente expulso de seu refúgio quente e confortável devido a alguma sublevação geológica como um terremoto ou uma erupção vulcânica. Isolados da colônia principal, e desamparados numa região mais fria, quase todos os micróbios ficaram inoperantes ou simplesmente morreram, pois suas membranas eram demasiado rígidas nessas temperaturas mais baixas para que seu metabolismo funcionasse. Entretanto, um mutante de sorte, que acidentalmente tinha uma membrana mais flexível, sobreviveu e se multiplicou. Fazendo a transição para as condições mais frias, o micróbio mutante abriu caminho para o acesso à superfície desabitada do planeta. Enquanto isso, para os membros da colônia original, confinados confortavelmente no seu domínio subterrâneo, a vida continuou mais ou menos a mesma até os dias de hoje.

Um desenvolvimento primitivo importante foi a troca efetuada por alguns organismos, que deixaram de usar os elementos químicos como fonte de energia è passaram a buscá-la na luz. Nesse estágio, a vida deve ter se espalhado até a superfície. Os primeiros desses “fototróficos” não usaram a fotossíntese moderna por meio da clorofila, mas algum processo mais elementar. Certos arqueas do mar Morto ainda usam uma forma bastante primitiva de fotossíntese baseada numa substância vermelha relacionada com a vitamina A. O ato de captar a luz solar começou de verdade com as bactérias, que descobriram um meio de arrancar elétrons dos minerais, incrementá-los com fótons solares e usar a energia armazenada para criar material orgânico. Um refinamento posterior eliminou a dependência dos minerais, capacitando as bactérias a tirar elétrons da água, e liberando em consequência oxigênio. O componente crucial nesse processo engenhoso foi a clorofila, a substância que torna as plantas verdes. Tendo como únicos requisitos a água, o dióxido de carbono e a luz, o caminho estava aberto para que o planeta enverdecesse.

Ainda sem resposta está a questão de como e quando surgiram os três grande domínios: arqueas, bactérias e eucarias. Parece provável que a grande divisão na árvore da vida entre os arqueas e as bactérias tenha ocorrido antes da invenção da fotossíntese, talvez já há 3,9 ou 4 bilhões de anos—bem no meio da era de bombardeamento pesado. A evidência indica que os arqueas são os organismos mais antigos e primitivos, tendo as bactérias surgido um pouco mais tarde. Tão profunda foi a fissura entre os arqueas e as bactérias que eles nunca foram realmente rivais; ainda ocupam nichos diferentes depois de vários bilhões de anos de evolução. Por fim, a profunda brecha que produziu o domínio dos eucarias provavelmente ocorreu quando as condições já eram um pouco mais frias. Por alguma razão, talvez por estarem expostos aos desafios de um ambiente menos estável, os eucariotas das temperaturas mais baixas evoluíram num ritmo muito mais rápido. O subsequente florescimento da vida, a sua diversificação em muitas espécies e o enorme aumento da complexidade biológica originaram-se diretamente dessa ramificação dos eucarias na árvore da vida. Sem esse passo importante, é improvável que nós — ou quaisquer outros seres cognitivos — existíssemos hoje na Terra para refletir sobre o significado disso tudo.

8. Marte: vermelho e morto?

Que Marte é habitado por seres de algum tipo é tão certo como é incerto o que sejam esses seres.

Percival Lowell, 1906^1

No dia 7 de agosto de 1996, o presidente Bill Clinton enfrentou a imprensa mundial e anunciou em termos dramáticos que a NASA tinha evidências de vida em Marte. Clinton estava se referindo à descoberta de um meteorito marciano encontrado na Antártica em 1984, contendo o que poderia ser sinais de vida. Ele ainda observou que, se essa espantosa descoberta se confirmasse, serviria para redefinir a relação da humanidade com o cosmos.

A possibilidade de vida em Marte tem uma longa história. Nos séculos XVII e XVIII, cientistas, filósofos e até teólogos especularam livremente sobre marcianos, venusianos e outros seres extraterrestres. No final do século XIX, entretanto, os astrônomos tinham se tornado muito mais céticos sobre as perspectivas de vida em outros planetas. Ainda assim, em 1877 o astrônomo italiano Giovanni

Schiaparelli anunciou ter visto um padrão de linhas retas sobre a superfície marciana. Ele usou a palavra italiana “canali”, que significa canais, para descrever essas formas de relevo. Nos Estados Unidos, Percival Lowell e outros se apoderaram da ideia e afirmaram que os canais de Schiaparelli eram na verdade canais artificiais. Lowell acreditava que os marcianos tinham construído os canais para irrigar o terreno ressecado, usando água derretida das calotas polares. Ele construiu um observatório em Flagstaff, Arizona, dedicado a mapear a rede de canais. Aos olhos de Lowell, Marte era um planeta moribundo, ressequido. Por isso, os marcianos inteligentes bem poderiam estar desesperados, vendo-se forçados a construir um grande sistema de irrigação. O tema do planeta moribundo, e dos olhos marcianos invejosos virados para o nosso mundo verde e agradável, foi brilhantemente explorado por H. G. Wells no seu famoso romance A guerra dos mundos, publicado em 1898.

Poucos astrônomos acataram a ideia de Lowell sobre os marcianos construtores de canais, e à medida que as observações se aperfeiçoavam, diminuíam as chances de descobrir vida em Marte. Ainda assim, alguns cientistas continuavam convencidos de que uma forma primitiva de vegetação, talvez um tipo de líquen, ali crescia. Apontavam mudanças sazonais de cor como evidência. Mas até essa possibilidade foi abandonada com o advento da Era Espacial. As sondas enviadas ao planeta vermelho não encontraram sinais de vida, muito menos canais.

Em 1977, a NASA finalmente testou a questão diretamente, fazendo duas naves espaciais Viking pousar sobre a superfície marciana. As naves foram especificamente projetadas para tentar encontrar vida. A essa altura poucas pessoas esperavam mais do que alguns micróbios no solo marciano. Os dados enviados pelas Viking confirmaram a opinião dos céticos. Os testes de solo não conseguiram encontrar nenhuma evidência convincente de micróbios marcianos. Para o desapontamento de muitos, o planeta vermelho foi declarado um planeta morto.

Ao longo dos vinte anos seguintes às Viking, a ideia de vida em Marte foi em grande parte descartada como ficção científica. E assim teria continuado, se não fosse uma série de descobertas espantosas — não em Marte, mas bem aqui na Terra. Essas descobertas deram um colorido inteiramente novo ao assunto. Agora parece que os cientistas talvez tenham sido um pouquinho apressados demais ao eliminar Marte como uma morada para a vida.

UM PÉSSIMO LUGAR PARA PASSAR AS FÉRIAS

Visualmente, Marte é um planeta espetacular. Brilha com um rico matiz vermelho no céu noturno, o que lhe granjeou o nome do deus da guerra. Os telescópios revelam calotas polares brancas e grandes manchas escuras. Ocasionalmente, tempestades de poeira cobrem todo o planeta. Fotos tiradas de perto pelas sondas espaciais mostram uma superfície salpicada de crateras e fendida por gigantescos cânions e vales. Imensos vulcões extintos pontilham a paisagem. No chão, o terreno se assemelha às mais desoladas regiões do deserto australiano: um solo vermelho ocre juncado de pedras, e a areia fina amontoada em dunas. Toda a paisagem é banhada numa luz solar aguada debaixo de um céu laranja.

Do ponto de vista da vida, Marte apresenta todos os perigos concebíveis. A temperatura está quase sempre abaixo do ponto de congelação e pode chegar a-140 °C. A atmosfera, que consiste principalmente em dióxido de carbono com meros vestígios de oxigênio e nitrogênio, é lamentavelmente fina. A 7,5 milibares, a pressão do ar não é mais elevada do que a pressão na Terra a 35 mil metros — o que se considera a margem do espaço. Não há camada prote- tora de ozônio, por isso a superfície é banhada pelos raios ultravioleta mortais do Sol. O solo é corrosivamente oxidante, e tão seco que faz o deserto de Saara parecer um pântano. Na realidade, se o conteúdo total de vapor de água da atmosfera marciana fosse despejado sobre o chão, mal umedeceria o solo. A secura torna as tempestades de areia muito temíveis. Quando o vento fustiga, chegando às vezes a 650 quilômetros por hora, a poeira pode se elevar a uma altura de cinquenta quilômetros. Tudo considerado, Marte não seria um lugar agradável para se ficar encalhado.

A causa básica das condições desagradáveis do planeta pode ser atribuída ao seu pequeno tamanho. Marte tem cerca da metade do diâmetro da Terra, com uma gravidade na superfície que é apenas 38% da nossa. Em consequência, a maior parte da sua atmosfera vazou para o espaço. A pressão baixa impede que exista água líquida na superfície, mesmo acima do ponto de congelação; se alguém derramasse uma xícara de chá em Marte, ele imediatamente evaporaria. A atmosfera fina também leva a um menor aquecimento pelo efeito estufa. O frio é exacerbado pela distância do Sol, que é em média de 228 milhões de quilômetros — uns 50% mais longe que a Terra.

Seria de pensar que qualquer busca de vida num planeta tão frígido e seco seria uma completa perda de tempo. Entretanto, até na década de 1970, quando a missão Viking estava sendo planejada, os cientistas sabiam que algumas bactérias podem sobreviver em condições frias e secas como as da Antártica, por isso projetaram uma série de experimentos a bordo, destinados a procurar vida microbiana no solo marciano. Instalaram na nave espacial braços de robô que podiam se estender para fora, recolher um pouco de poeira, e depositá-la num minilaboratório para análise.

Ao todo, foram realizados três experimentos em cada uma das duas espaçonaves. O primeiro era o experimento da troca de gás.

Consistia em despejar um caldo nutriente sobre as amostras do solo e monitorar a liberação de qualquer gás. Antes que os nutrientes fossem acrescentados, as amostras eram expostas ao vapor de água. Para surpresa dos cientistas, esse passo inicial provocou uma resposta vigorosa, tendo sido liberadas quantidades copiosas de oxigênio, junto com um pouco de nitrogênio e dióxido de carbono. Resultados semelhantes foram obtidos do solo exposto à luz solar e do solo oculto embaixo das rochas. Quando o solo era preaquecido a 145 °C, o suficiente para matar todos os micróbios terrestres até então conhecidos, a liberação de oxigênio parecia ser influenciada, embora se tenha lançado alguma dúvida sobre a confiabilidade desse resultado. Quando se acrescentava finalmente o caldo, ocorriam trocas de gases ainda mais complicadas, mas não foi possível discernir nenhum padrão sistemático. Certamente o solo marciano não se comportava como o solo terrestre. Os cientistas da missão estavam um pouco perplexos e concluíram que a superfície de Marte devia ser altamente potente em termos químicos, para que o simples expediente de acrescentar água tivesse o efeito de fazer o solo chiar. Não eram necessários micróbios para explicar o que acontecia, embora, para sermos justos, o experimento da troca de gás tampouco os excluísse. Na melhor das hipóteses, os resultados eram ambíguos.

O próximo na lista foi o experimento da liberação classificada. Esse também requeria que se acrescentasse um caldo ao solo, mas a mistura era diferente. Basicamente, continha um detetor de carbono radioativo, e os gases liberados eram testados em busca de sinais de radioatividade. O pressuposto era que qualquer organismo marciano que processasse carbono e liberasse dióxido de carbono geraria algum gás radioativo. Isso poderia ser detectado com um alto grau de sensibilidade. Na realidade, o experimento da liberação classificada gerou um resultado positivo. Além disso, quan- do o solo foi fortemente aquecido, o resultado se tornou negativo, exatamente como seria de esperar se os micro-organismos estivessem em ação.

Em terceiro lugar, vinha o experimento da assimilação de carbono. Num certo sentido, esse era o inverso do experimento da liberação classificada. As amostras do solo eram expostas a uma atmosfera de dióxido de carbono radioativo e iluminadas por uma fonte de luz forte, que simulava o Sol. O objetivo era verificar se um pouco de carbono era assimilado pelos organismos marcianos como parte de seu processo de crescimento, assim como as plantas terrestres empregam o dióxido de carbono. Esse teste também produziu um resultado positivo em várias de suas execuções. Aquecer a amostra a 170 °C diminuía, mas não eliminava inteiramente, a resposta.

Tomados por seu significado manifesto, os experimentos das Viking podiam ser vistos como testes que ofereciam alguma evidência de vida microbiana no solo marciano. Entretanto, os cientistas da NASA foram quase unânimes em chegar à conclusão oposta. O comportamento das amostras do solo era suficientemente complicado e inesperado para lançar dúvida sobre uma interpretação biológica simples, e as opiniões se inclinavam mais para a crença de que a química inusitada do solo, que provavelmente envolvia forte oxidação, era a responsável pelos resultados. Tal conclusão foi corroborada pelo fato de as Viking não terem encontrado vestígio de elementos orgânicos no solo marciano, o que é estranho, pois, mesmo que não haja vida na superfície de Marte, algum material orgânico vindo do espaço deve ter sido distribuído pelo planeta. A explicação parece estar na violenta radiação ultravioleta e no solo oxidante, que tenderiam a romper quaisquer moléculas orgânicas espalhadas sobre a superfície.

No conjunto, os experimentos das Viking não conseguiram apresentar evidências bem claras de vida em Marte, e a conclusão oficial da missão foi que Marte é um planeta sem vida. Entretanto, devemos sempre lembrar o dito de que a ausência de evidência não é o mesmo que evidência de ausência. Há muitas razões para que as Viking tenham deixado de detectar vida em Marte, além daquela mais óbvia de que não existe tal vida:

— Os experimentos talvez tenham procurado o tipo errado de vida. Foram projetados para reagir a organismos terrestres. A vida marciana pode estar baseada numa bioquímica ou numa faixa de temperatura inteiramente diferentes. As condições no minilabora- tório das Viking talvez fossem confortáveis para os micróbios terrestres, mas letais para os marcianos.

— Os experimentos cruciais talvez não tenham sido sensíveis o bastante para detectar uma densidade relativamente baixa de micro-organismos marcianos no solo. (Uma quantidade de até 1 milhão de micróbios por grama teria passado despercebida.)

— A camada superior do solo marciano é estéril, mas talvez ainda exista vida no fundo das fendas das rochas, que oferecem alguma proteção contra as condições desfavoráveis.

— Os experimentos podem ter sido adequados, mas não o local do pouso. Talvez exista vida na superfície de Marte em certos nichos favorecidos, distantes das zonas de pouso.

— Talvez exista vida em Marte, mas não na superfície. Hábitats adequados poderiam estar situados embaixo das calotas polares ou nas profundezas subterrâneas — uma possibilidade a que voltarei em breve.

Mesmo descontando todos esses pontos, Marte ainda seria de enorme importância para os biólogos, por uma razão bem simples. Hoje o planeta vermelho pode apresentar um quadro desolado, mas nem sempre foi uma terra devastada e gelada. Há inúmeras evidências de que no passado remoto Marte era quente, úmido, semelhante à Terra, e muito mais hospitaleiro para a vida. Quer seja atualmente um planeta morto ou não, ainda há uma boa chance de que a vida tenha outrora florescido em Marte.

DILÚVIO

Pode-se ver facilmente que Marte foi outrora mais favorável à vida, passando os olhos pelas fotos tiradas pelas sondas espaciais Mariner e Viking. Nessas fotografias, uma característica nítida salta aos olhos: vales de rios. Ali entre o emaranhado das regiões montanhosas, cortando faixas pelas planícies arenosas, abrindo sulcos profundos nas encostas dos morros, transbordando das beiras das crateras, vêem-se canais facilmente reconhecíveis, esculpidos por água corrente. Eles surgem completos com tributários, deltas e planícies aluviais. Esses cursos de água, eu acrescentaria, não guardam semelhança com os famosos canais retos de Lowell; ao contrário, são dendríticos e sinuosos, como os rios na Terra, e inegavelmente naturais e não artificiais.

Infelizmente, não resta nenhum vestígio de água nos antigos leitos de rio de Marte; secaram há muito tempo. Mas podemos estar seguros de que esses vales são realmente fluviais, pois apresentam todas as características familiares dos rios terrestres, como cataratas, margens de linhas curvilíneas e ilhas em forma de lágrima, por onde o sedimento foi carregado e depositado pela corrente. Não há dúvida: a água outrora fluía livremente em Marte. Mas de onde ela vinha? E para onde foi? Os cursos de água marcianos eram rios convencionais alimentados pela chuva e pela neve derretida, ou originários de fontes e lençóis aquíferos subterrâneos? Os rios desaguavam em lagos e mares ou simplesmente mergulhavam na areia? Acima de tudo, há quanto tempo esses vales de rios se formaram?

Os cientistas têm passado anos examinando as fotografias do levantamento, tirando informações de cada detalhe diminuto, numa tentativa corajosa de responder a essas perguntas. Mesmo com uma inspeção superficial, logo se torna claro que muitos dos canais maiores não são leitos de rio, mas planícies de inundação, escavadas por torrentes furiosas que se seguiram à liberação repentina de imensas quantidades de água. A forma fornece a pista. Um fluxo cataclísmico cria tipicamente um canal que começa abruptamente, de tamanho pleno e profundo, com poucos canais laterais. Em oposição, um rio começa como um fio de água e aumenta de tamanho e de profundidade ao receber os fluxos dos tributários.

Quando se consideram os números, a escala das inundações marcianas é esmagadora. Os canais variam de algumas dezenas de quilômetros de extensão nas regiões montanhosas a bacias de terra erodida com centenas de quilômetros de largura, onde a água outrora rolou pelas planícies abertas. No auge da inundação, o fluxo ao longo dos canais maiores teria sido prodigioso, igual ao de 10 mil Amazonas. A maior inundação cataclísmica conhecida sobre a Terra submergiu o rio Columbia no Estado de Washington há 12 mil anos. Nesse episódio, um volume de água comparável ao do lago Michigan fluiu em apenas dois dias. As inundações marcianas foram até trezentas vezes mais poderosas que isso.

A causa precisa das imensas inundações marcianas continua em discussão. Com quase toda a certeza, elas não foram devidas a chuvas torrenciais. O que parece ter acontecido é que enormes quantidades represadas de água repentinamente se liberaram. O mais provável é que tenha sido líquido encerrado numa represa de gelo que se derreteu e soçobrou. Outra possibilidade é que água subterrânea tenha irrompido por uma camada de gelo permanente e transbordado para a superfície, como uma fonte colossal. Tal erupção poderia ter ocorrido pela ação de um meteorito que perfurasse a crosta, por uma erupção vulcânica, ou simplesmente por um aumento de pressão hidrostática.

Nem todos os cursos de água secos de Marte são canais de fluxos catastróficos. No terreno mais antigo das montanhas ao sul, há muitas formas de relevo que se parecem mais com os sistemas de rios convencionais, contendo longos vales estreitos, sulcos delicados e erosão lenta da terra. Esses leitos de rio têm dezenas de quilômetros de comprimento, até três quilômetros de largura, e possuem redes de tributários semelhantes às da Terra. As opiniões divergem quanto à formação dessas redes de vales. O quadro simples de chuva ou neve produzindo escoamentos que fluem pelas encostas e lentamente causam erosão no chão do vale não corresponde muito bem aos fatos. Certamente isso não poderia acontecer hoje em dia, pois a água nas pequenas correntes evaporaria ou congelaria antes que pudesse desaguar no rio principal. Mas mesmo que as condições fossem outrora favoráveis à água líquida, as formas dos vales não correspondem muito bem a uma erosão por escoamento.

Há um outro processo que forma vales aqui na Terra, chamado solapamento pelas águas freáticas. Em escala pequena, pode-se ver esse processo em funcionamento nas praias arenosas, quando uma fonte irrompe borbulhando na areia e a água escoa para o mar. Com a evolução do sistema, a nascente forceja para se estender areia acima, abrindo um largo caminho na direção contrária à da corrente, à medida que avança. Muitos vales marcianos parecem ter se formado dessa maneira.

Michael Carr, do Levantamento Geológico dos Estados Unidos, é um dos grandes especialistas em água marciana. Ele acredita que muito pouco líquido realmente fluiu na superfície para criar os vales. Aponta os leitos planos e as margens íngremes dos canais, o que sugere uma forma de abaixamento de nível. Carr acha que a maior parte da água se infiltrou no chão, solapando continuamente a terra e fazendo-a ceder ou debilitar-se, em vez de correr sobre a superfície e estragar o material pelo atrito. O efeito lubrificador do fluxo no subsolo pode levar o material solto a escorregar morro abaixo, criando um sedimento até na ausência de erosão na superfície. Segundo Carr, em vez de um ciclo de chuvas, devia estar em operação algum tipo de ciclo de convecção impulsionado por energia geotérmica, para fazer com que a água escoada retornasse repetidamente aos lençóis aquíferos subterrâneos. O panorama geral da água em Marte é, portanto, um caso de lenta formação de vales por um fluxo de água constante na superfície ou no subsolo, mais a ocasional inundação repentina e catastrófica.

Quando eu era adolescente, sentia um prazer malicioso em discutir com as Testemunhas de Jeová. A minha pergunta favorita dizia respeito ao dilúvio de Noé: Para onde foi toda a água? Pode-se fazer a mesma pergunta sobre as inundações marcianas. A resposta simples é a seguinte: para dentro do solo. Como a Terra e a Lua, Marte sofreu intenso bombardeamento cósmico durante seus primeiros 700 milhões de anos. O tumulto revolveu tanto material que cobriu todo o planeta com um entulho, conhecido como rego- lito, que chegou a ter uma profundidade de vários quilômetros. Como é muito menor que a Terra, Marte não tem um grande núcleo derretido para impulsionar a atividade tectônica, por isso essa superfície fragmentada não foi amplamente processada. Um regolito poroso permanece como uma imensa esponja, capaz de sequestrar uma imensa quantidade de líquido. Assim, apesar de a superfície ser agora extremamente seca, Marte ainda pode ter extensas reservas de água ocultas embaixo do chão, sob a forma de uma camada de gelo ou, muitos quilômetros mais ao fundo, como líquido represado. As estimativas variam, mas parece provável que, se fosse liberada de uma só vez e depositada na superfície, toda essa água formaria um oceano do tamanho do planeta com uma profundidade de pelo menos um quilômetro.

Alguns observadores de Marte acham que o planeta vermelho tinha outrora extensos mares e lagos apesar da superfície porosa. Existem vestígios de sedimentos de antigos lagos, dispostos em camadas e bastante espessos, em muitos cânions profundos, enquanto o aspecto mosqueado de algumas planícies baixas ao norte também sugere uma difusão de lagos. A evidência de um grande mar é mais controversa, mas um possível litoral oceânico pode ser traçado ao redor das planícies ao norte, onde grandes canais de escoamento dos terrenos elevados, cheios de crateras, desaguavam o seu líquido em dias mais amenos. A hipotética linha da costa inclui penhascos erodidos, terraços de ondas e pontas agudas. Denominado Oceanus Borealis, esse mar marciano pode ter coberto um terço do planeta.

' Complementares à evidência de um oceano, existem fortes sinais de que o hemisfério sul do planeta tenha sido sujeito a uma glaciação em grande escala. Atualmente Marte tem uma fina calota polar ao norte contendo gelo de água misturado com gelo seco (dióxido de carbono congelado), e uma calota polar mais substancial ao sul contendo predominantemente gelo seco. As calotas aumentam e diminuem com as estações; a calota norte pode desaparecer completamente. Mas há muito tempo uma espessa camada de gelo de água se estendia do polo sul até a latitude de 33 graus. A origem de todo esse gelo talvez tenha sido a evaporação do Oceanus Borealis.

Ao longo das eras Marte foi gradativamente secando, à medida que o vapor de água vazava para o espaço por causa da baixa gravidade. Uma quantidade de água equivalente a uma profundidade global de setenta metros pode ter sido perdida dessa maneira. Algo mais sério é o frio. Quando a temperatura despencou, as condições se tornaram inadequadas para a água líquida, e a maior parte dos mares marcianos se incorporou à camada de gelo permanente. Antigos lagos de escoamento teriam provavelmente congelado nas latitudes elevadas, e seus resquícios talvez ainda estejam por ali, ocultos embaixo de camadas de poeira e rocha.

Embora os cientistas estejam divididos sobre os detalhes da água em Marte, todos concordam que a maior parte da atividade hidrológica aconteceu no passado muito distante. Se houve algum dia rios serenos cheios de meandros, ou oceanos agitados, eles provavelmente secaram há pelo menos 3,5 milhões de anos. Entretanto, a degeneração do clima talvez não tenha sido uma rua de mão única. A lenta dessecação pode ter sido pontuada por episódios curtos mais quentes, quando a água voltava a fluir livremente. A evidência provém do fato de que alguns vales marcianos se formaram bem mais tarde. Além disso, alguns dos grandes canais de escoamento foram claramente cortados várias vezes, indicando uma sequência de episódios de inundação. Tudo isso sugere que, por alguma razão, de quando em quando Marte retornava, talvez apenas por pouco tempo, às condições quentes e úmidas. Por isso, talvez tenha ocorrido uma extensa reciclagem da água no solo e na atmosfera. Mas a cada ciclo de inundação e glaciação, mais água desaparecia. Embora alguns rios ainda possam ter corrido em Marte há algumas centenas de milhões de anos, eles eram fracos em comparação com as antigas inundações, e teriam exercido pouco efeito sobre o clima marciano.

A ESTUFA MARCIANA

Os rios marcianos oferecem evidência bem clara de que o planeta foi outrora mais quente e mais úmido. Mas como isso foi possível? À primeira vista, há boas razões para acreditar que ele deve ter sido até mais frio no passado do que é atualmente. Isso tem a ver com o chamado problema do jovem Sol fraco. À medida que envelhece, o Sol se torna lentamente mais brilhante, devido a mudanças na sua constituição química. Há 4 bilhões de anos, ele teria sido 30% mais fraco do que é hoje em dia, reduzindo drasticamente o seu efeito de aquecimento sobre o distante Marte. A isso pode-se contrapor o aquecimento geotérmico, produzido pela radioatividade e pelo calor armazenado desde a formação do planeta, dois aspectos que foram muito mais elevados no passado. Entretanto, só o fluxo de calor geotérmico não compensaria o jovem Sol fraco, e devem ser encontradas outras razões para um clima mais ameno.

O modo mais fácil de aquecer um planeta é por meio do efeito estufa. Gases estufa como o dióxido de carbono atuam como um cobertor, prendendo o calor do Sol perto da superfície do planeta. Hoje a atmosfera marciana é demasiado fina para produzir muito aquecimento estufa, mas certamente teria sido bem mais espessa durante os primeiros bilhões de anos. Assim como aconteceu com a Terra, Marte adquiriu uma densa atmosfera primitiva com os gases liberados pelo planeta é com a distribuição de substâncias voláteis pelos cometas, asteroides e planetesimais gelados. O C0_2 abundante teria elevado dramaticamente a temperatura.

Embora os cientistas conjecturem que Marte devia ter muito mais C0_2 no passado, não é fácil quantificar a diferença. Primeiro, é preciso determinar para onde foi o C0_2. Muito provavelmente, a maior parte se perdeu no espaço em consequência dos grandes impactos cósmicos. Como expliquei no capítulo 6, a colisão de grandes cometas com os planetas causa erosão de impacto, eliminando a atmosfera. No caso de Marte, o resultado final foi um ar muito fino, mas durante o período de bombardeamento a pressão teria flutuado loucamente. Os cálculos sugerem que Marte perdeu 99% de sua atmosfera com os impactos durante os primeiros 700 milhões de anos, e 90% do restante mais tarde devido a uma variedade de processos. Se corretos, esses números implicam que em certas épocas Marte talvez tenha tido uma pressão atmosférica mil vezes mais alta que a atual — o bastante para elevar a temperatura acima do ponto de congelação e até sustentar um extenso oceano.

Não há muita dúvida de que Marte teve outrora uma atmosfera espessa, porque as paredes das crateras de impacto mais antigas foram extensamente alteradas pela exposição às intempéries. As crateras com menos de quinze quilômetros de extensão foram completamente aniquiladas. Em oposição, as crateras mais recentes não apresentam sinais de erosão. Datando a mudança, os investigadores acham que a atmosfera se rarefez dramaticamente pouco tempo depois cio fim do último bombardeamento pesado, há 3,8 bilhões de anos. A maioria das inundações catastróficas parece ter ocorrido antes ou perto dessa época, porque os canais de escoamento são adornados com muitas pequenas crateras bem preservadas. Foi a falta de erosão na maior parte da história de Marte que manteve seus cursos de água extremamente antigos em condição virgem. Na Terra, nenhum vale de rio teria sobrevivido bilhões de anos.

Quando o bombardeamento diminuiu, o dióxido de carbono de Marte continuou a sumir por uma variedade de causas. Parte escapou para o espaço, parte se dissolveu na água ou foi absorvido no regolito, enquanto uma grande quantidade pode ter se incorporado em carbonatos ou outros minerais nas rochas. Sem algum processo compensatório, o CO, teria sido tragado em pouco tempo. Provavelmente o aquecimento geotérmico reverteu alguns desses processos e enviou parte do C0_2 de volta para a atmosfera. Durante algumas centenas de milhões de anos, pode ter havido uma pressão atmosférica moderadamente alta e o associado aquecimento estufa. Por fim, no entanto, o calor geotérmico desapareceu aos poucos, a reciclagem do C0_2 deixou de se processar e a pressão atmosférica começou a despencar, produzindo o deserto congelado e seco que vemos hoje em Marte.

O fato de que alguns vales de rios pareçam ter sido cortados numa época relativamente recente sugere episódios ocasionais de aquecimento. Uma explicação possível são processos de retroalimentação. Se o aquecimento geotérmico local ou uma explosão de vulcanismo liberasse repentinamente grandes quantidades de água para a superfície, então muito dióxido de carbono dissolvido se desprenderia com a água. Isso por sua vez elevaria a temperatura, derretendo mais água e liberando mais C0_2. Quando a água derretida inundasse as regiões baixas geladas, ela aqueceria o regolito, produzindo ainda mais C0_2. Tudo considerado, uma quantidade suficiente de dióxido de carbono poderia ser liberada do planeta em ritmo crescente, para criar temporariamente uma atmosfera mais densa com um pronunciado aquecimento estufa.

Outra possibilidade diz respeito ao movimento do planeta. Marte tem uma órbita um tanto excêntrica, e nenhuma lua para estabilizar o seu eixo de rotação. Em algumas épocas, combinações favoráveis dos movimentos rotativo e orbital devem ter causado um aumento considerável do aquecimento solar. Por vezes, o eixo de rotação pode ter se inclinado para a frente de tal modo que os polos receberam mais luz solar que as regiões equatoriais. Isso teria derretido as calotas polares e produzido um efeito estufa exagerado. Tudo considerado, episódios repetidos de inundação, formação de oceanos e glaciação, seguidos por longos períodos de inatividade, parecem mais prováveis que um simples esfriamento ininterrupto.

Do ponto de vista da vida, o fato de que Marte era quente e úmido entre 3,8 e 3,5 bilhões de anos atrás é altamente significativo, pois significa que Marte se assemelhava à Terra numa época em que existia vida em nosso planeta. Isso levou alguns cientistas a concluir que Marte também teria sido um lugar adequado para a vida naquele tempo. Por si só, entretanto, a presença de água líquida é apenas parte da história. O que faz as perspectivas de vida parecerem tão boas é que Marte não só tinha água líquida, como também vulcões.

HOUVE VIDA EM MARTE?

A montanha marciana de Olympus Mons se eleva 27 quilômetros acima do maciço Tharsis e chega a 550 quilômetros de extensão. Medida por medida, é a maior montanha de seu tipo no sistema solar, equivalente a empilhar sete montes Everest sobre a Terra. A importância de Olympus Mons não está no seu tamanho, entretanto, mas no fato de ser um vulcão. Onde os vulcões e a água se encontram, podem surgir fontes quentes — sistemas hidrotermais como aqueles na Terra que possivelmente desempenharam o papel de hospedeiros para os primeiros organismos. Será que a vida microbiana também floresceu em Marte há 3,8 bilhões de anos, em alguma fonte borbulhante nas encostas de Olympus Mons, ou no fundo de rochas porosas embaixo de um mar marciano há muito tempo desaparecido?

Há 4 bilhões de anos, Marte ainda brilhava com o calor de sua formação. A radioatividade aquecia a crosta. Os impactos cósmicos derretiam a superfície. Enquanto o planeta lutava para se livrar desse calor primevo, cuspia lava dos vulcões em grande escala, criando imensas planícies de rocha derretida como as marias da Lua. Enquanto a crosta esfriava aos poucos, esse vulcanismo diminuiu constantemente, de modo que ao fim do bombardeamento pesado estava em grande parte confinado em três regiões principais: Tharsis, Elysium e Hellas. Se ainda há vulcões vivos em Marte hoje em dia, eles não dão sinais de atividade.2 Entretanto, houve erupções ao longo da história marciana, por exemplo, ao redor de Olympus Mons durante o último 1,5 bilhão de anos, e perto de Alba Patera ainda há 500 milhões de anos. Como é improvável que Marte tivesse erupções vulcânicas por 4 bilhões de anos, só cessando essa atividade em época relativamente recente, parece razoável concluir que ainda existem alguns pontos ativos, provavelmente em regiões subterrâneas profundas.

No passado remoto, devem ter sido muitas as oportunidades para que fontes quentes se formassem ao redor das aberturas térmicas, dada a abundância de água no planeta. Há claras evidências de interação da água e dos vulcões nas fotografias do levantamento. Muitas das inundações foram provavelmente desencadeadas pelo fato de a lava ter derretido a camada de gelo permanente e o gelo na superfície, e pode-se ver claramente que alguns cursos de água emergem de regiões debaixo de fluxos de lava. Canais de escoamento também se aglomeram ao redor da região altamente vulcânica de Tharsis. Em outros lugares, densas redes de vales decoram os flancos dos vulcões. Há morros de topo chato que parecem as montanhas tabulares da Islândia, onde a lava se infiltrou embaixo do gelo. Cadeias com formas características em Elysium também trazem as marcas de uma combinação de lava-e-gelo. Tudo isso contribui para a forte evidência circunstancial de sistemas hidrotermais no Marte antigo, embora depósitos minerais específicos—que seriam um claro sinal revelador—ainda estejam para ser descobertos.

Enquanto aguardam novas missões em Marte, os cientistas da NASA têm procurado marcar lugares na superfície do planeta onde poderia ter ocorrido atividade hidrotérmica. A encosta do vulcão Hadriaca Platera parece um bom lugar. Ali se encontram muitos vales de rios enredados fluindo da beira da antiga caldeira, interceptados por um espetacular canal de inundação que emerge abruptamente a meio caminho do declive. Outro vulcão, Apollinaris Patera, apresenta uma estranha mancha brilhante perto da beirada da caldeira, que poderia ser o depósito mineral de uma fonte quente. Um vulcão semelhante na área cheia de crateras conhecida como Terra Cimmeria tem encostas muito erodidas e está situado no começo de um grande curso de água.

Muitos vales de rios em Marte ocorrem em terreno caótico, onde grandes blocos de rocha jazem em massas enredadas. Julga-se que essa topografia se formou quando a rocha derretida se infiltrou no gelo da superfície. Assim que o gelo derreteu, a água se escoou, fazendo a terra desmoronar de modo caótico. Essas áreas seriam um local de primeira qualidade para a formação de sistemas hidrotermais rasos.

Se a vida se alojou realmente numa fonte quente, pode ter deixado restos fossilizados. É provável que os fósseis marcianos tenham resistido melhor aos estragos do tempo que seus equivalentes terrestres por causa da relativa falta de desgaste por agentes atmosféricos. As futuras missões de pouso poderiam procurar amostras de aspecto provável que seriam transportadas para a Terra. Outros locais potenciais de fósseis incluem vales de rios, onde as inundações podem ter levado os diminutos organismos marcianos para dentro de lagos estagnados, e o imenso vale de cordilheiras, Valles Marineris, onde estratos profundos ficaram expostos. Leitos de lagos secos, onde os micróbios poderiam ter sido depositados nos sedimentos, também são de interesse. A cratera conhecida como Gusev parece ser uma candidata promissora, porque um grande rio correu outrora pelo seu interior. Deve ter existido um lago profundo no local há muito tempo, com muitos sedimentos no fundo.

O primeiro pequeno passo para seguir esses indicadores aconteceu em julho de 1997, quando a missão Pathfmder depositou com sucesso a primeira nave espacial em Marte desde as Viking. Com o seu pequeno veículo explorador Sojourner, a Pathfmder transmitiu para a Terra uma riqueza de dados da foz da planície de inundação Ares Valles. O terreno perto da nave espacial é, coberto por um monte de rochas deslocadas ao longo do declive pela torrente. Esses detritos poderiam incluir fragmentos de um antigo sistema hidrotérmico, ou até fósseis de micróbios do subsolo profundo trazidos à superfície pela inundação e carregados pela corrente. Infelizmente a Pathfmder não tinha capacidade de verificar essas conjecturas.

Em setembro de 1997, o Mars Global Surveyor entrou em órbita. Foi projetado para mapear a superfície do planeta com uma precisão de escala em metros, e atualmente está fornecendo pistas valiosas sobre a história hidrológica de Marte e prováveis sítios favoráveis à vida. Mais sondas estão sendo planejadas pela NASA, ESA, Japão e Rússia, culminando numa missão para trazer de volta amostras, talvez em 2005. Embora essas missões procurem em grande parte compreender o clima e a geologia do planeta, todos os resultados serão ansiosamente examinados em busca de indícios ' de vida passada.

AINDA HÁ VIDA EM MARTE?

Se a vida realmente existiu na superfície de Marte há 3,8 bilhões de anos, teria enfrentado uma corrida desesperada contra o tempo. Mal o bombardeamento esterilizante tinha cessado, o clima começou a se deteriorar. À medida que a temperatura despencava e a água gelava, hábitats adequados teriam se tornado cada vez mais escassos. Dentro de apenas algumas centenas de milhões de anos, qualquer organismo remanescente teria provavelmente se retirado para refúgios especiais, como lagos desolados protegidos por capas de gelo ou locais no subsolo profundo.

É concebível que a vida ainda esteja agarrada aí hoje em dia? Vistos retrospectivamente, os locais escolhidos pela missão Viking, que foram selecionados basicamente pela facilidade do pouso, parecem os lugares menos prováveis para a vida. A Viking voou para Marte antes que os biólogos tivessem reconhecido a importância das fontes quentes. Infelizmente, todos os sistemas hidrotermais na superfície marciana parecem agora extintos.

Seria um erro, entretanto, eliminar completamente Marte como um lugar para vida ainda existente. Os vulcões em erupção e as chaminés expelindo lava talvez sejam em grande parte coisa do passado, mas ainda pode haver um substancial aquecimento geotérmico no subsolo profundo. Embora a camada de gelo permanente tenha uma profundidade de até vários quilômetros, talvez exista muita água líquida, quem sabe salgada, embaixo desse estrato. Sabemos que a biosfera da Terra se estende bem para dentro da crosta. Se os organismos podem viver bem na zona subterrânea aqui na Terra, poderiam fazer o mesmo em Marte. Embora Marte talvez não tenha a cornucópia de chaminés negras que encontramos no fundo de nossos oceanos, não há razão para os micróbios marcianos não terem se adaptado ao longo do tempo às condições mais espartanas do planeta. Na Terra, as bactérias e os arqueas invadiram os hábitats mais hostis, e prosperam em lugares que fariam as condições embaixo da camada de gelo permanente marciana parecerem positivamente benignas.

Se existe vida em Marte, ela provavelmente se assemelharia aos SLIMES encontrados na Terra nos estratos profundos de rocha embaixo do solo, sustentados por quimiotróficos (ver capítulo 7).3 É preciso lembrar que os quimiotróficos são produtores primários: não requerem luz, nem alimento orgânico, nem oxigênio. Os seus nutrientes são elementos químicos inorgânicos supridos pelas profundezas, como o hidrogênio e o sulfeto de hidrogênio, transportados verticalmente através da crosta pela convecção da água. Os antigos processos metabólicos que empregam seriam muito apropriados para as presentes condições de Marte, onde os depósitos de enxofre e ferro poderiam fornecer os elementos químicos necessários. Um organismo como o Methanococcus, que converte hidrogênio e dióxido de carbono em metano, provavelmente se sentiria em casa no subsolo de Marte.

Como se pode testar essa conjectura? Chegar a qualquer micróbio vivo embaixo da camada de gelo permanente seria difícil até para uma expedição tripulada. É possível que levantamentos por satélite detectem sinais reveladores de vida no subsolo, como metano se difundindo pela atmosfera. Entretanto, a melhor esperança - de recuperar organismos marcianos é que eles tenham sobrevivido em certos locais privilegiados em cima ou perto da superfície. Por exemplo, um impacto cósmico recente poderia ter deixado expostos estratos profundos infestados de micróbios; alguns organismos poderiam continuar viáveis, congelados e inativos, protegidos dos raios ultravioleta do Sol pela beira da cratera. Outra possibilidade é que antigos halófilos poderiam estar sepultados em cristais de sal nos leitos de lagos secos.

O especialista em Marte da NASA Chris McKay aposta nas regiões polares congeladas, que segundo ele podem abrigar micróbios inativos.4 Embora as temperaturas ali sejam extremamente baixas, há pelo menos gelo à disposição, ao contrário das regiões equatoriais que secaram completamente. Mais pistas provêm do único lugar na Terra que se parece com a superfície de Marte hoje em dia — a Antártica. Apesar das temperaturas bem abaixo do ponto de congelação, dos ventos secos violentos e de uma intensa radiação ultravioleta, os micro-organismos habitam o fundo de lagos cobertos de gelo nos Vales Secos de McMurdo. A água líquida pode ficar retida embaixo do gelo, mesmo quando a temperatura está abaixo do ponto de congelação, por uma combinação de luz solar, calor geotérmico e intrusão de água derretida proveniente de curtos episódios quando a temperatura se eleva acima de zero. Os organismos marcianos poderiam ter encontrado um refúgio final num lugar desse tipo, e prolongado o seu tempo de sobrevivência em centenas de milhões de anos.

McKay fez um estudo de uma forma ainda mais extraordinária de vida antártica. Conhecidos pelo nome um tanto assustador de criptoendolitos, esses organismos ocupam uma região dentro de rochas de arenito translúcidas. Vivem bastante perto da superfície, onde a luz pode penetrar, mas são protegidos da radiação ultravioleta e do vento por uma fina camada sólida. A luz solar absorvida pela rocha pode criar bastante umidade a partir da água presa, mantendo os organismos vivos mesmo em elevações de 1500 metros e temperaturas permanentemente abaixo do ponto de congelação. Comunidades inteiras de bactérias, fungos, liquens, algas e levedo vivem confortavelmente nessas condições selvagens. Provavelmente alguns desses organismos poderiam sobreviver em Marte usando essa estratégia engenhosa, e qualquer micróbio marciano nativo poderia ter evoluído de forma semelhante.

A minha opinião é que a zona do subsolo profundo de Marte continua de longe o local mais provável para a vida nos dias atuais. Na realidade, por razões que vou explicar no próximo capítulo, acredito que haja uma excelente chance de acharmos micróbios ainda vivos sob a camada de gelo permanente de Marte. Alguns anos atrás, essa predição teria sido ridicularizada como improcedente. Como os cientistas supunham que a vida precisava de luz solar, calor e um suprimento disponível de elementos orgânicos para sustentá-la, Marte parecia uma causa perdida. Entretanto, com a descoberta de micróbios vivendo em hábitats profundos, escuros e aquecidos geotermicamente na Terra, as perspectivas de vida em Marte foram transformadas.

METEORITOS DE MARTE

Em 1911, a pequena cidade de Nakhla, no Egito, foi o cenário de um dos acontecimentos mais extraordinários na história, quando um pedaço de rocha caiu do céu e matou um cachorro. Essa é a única baixa canina causada por um objeto cósmico. Por mais improvável que já fosse esse encontro, a sua natureza verdadeiramente extraordinária só foi revelada décadas mais tarde, quando os cientistas descobriram que o culpado não era um meteorito comum, mas um pedaço do planeta Marte. Até hoje, foram identificados uns doze meteoritos marcianos. Muitos mais se acham sem dúvida espalhados pelo chão, sem que se suspeite de sua identidade.

Examinado a olho nu, um meteorito marciano parece pouco diferente de qualquer outra rocha. Na verdade, um pedaço do objeto de Nakhla ficou exposto durante muito tempo apenas como mais um meteorito no Museu de Geologia da Universidade de Adelaide, até que sua verdadeira natureza foi reconhecida no início da década de 1990. Desde então está guardado a sete chaves. O indício para a origem marciana dessas rochas não reside na sua aparência, mas nas sutilezas de sua química. Há muito tempo os cientistas tinham ficado desconcertados com uma classe de meteoritos conhecidos como Snicks, ou SNCS, por causa da quantidade inusitada de material volátil neles contida e da estranha abundância de seus isótopos de oxigênio. A designação SNC é uma sigla para os três lugares da descoberta, o N representando Nakhla. O primeiro meteorito SNC recuperado caiu em Chassigny na França em 1815, o segundo na Índia, em Shergotty, em 1865.

O fato mais enigmático era que os meteoritos SNC consistem em rocha ígnea, normalmente associada com os vulcões. Isso logo desperta suspeitas. A maioria dos meteoritos provém do cinturão de asteroides entre Marte e Júpiter. Outros se originam em cometas. Mas cometas e asteroides não têm vulcões; apenas planetas os possuem.

O tanto decisivo de evidência de que havia algo estranho com os meteoritos SNC Apareceu no início da década de 1980, quando eles foram datados por meio de medições radioativas. As idades ficaram entre 180 milhões e 1300 milhões de anos. Em oposição, meteoritos comuns, que são fragmentos de material primordial que sobrou da formação do sistema solar, têm quase 4,6 bilhões de anos. Um punhado de cientistas começou a suspeitar que os objetos SNC deviam ter vindo da superfície de um planeta — um planeta com vulcões.

Embora a origem planetária dos SNCS resolvesse muitos dos enigmas de um só golpe, criou novas charadas. A mais premente era saber como é que um grande naco de rocha podia sair intacto de outro planeta e chegar até a Terra. Que processo físico tinha o poder de ejetar uma rocha de um planeta, sem ao mesmo tempo destruí-la? Os cálculos logo mostraram a improbabilidade de que até a mais violenta erupção vulcânica fosse capaz de lançar uma rocha no espaço. Isso deixava os impactos cósmicos como a única opção. Era certamente concebível que um planeta pudesse ser atingido por um asteroide ou cometa com força suficiente para pôr escombros em órbita, e que alguns desses pedaços ejetados pudessem acabar atingindo a Terra. Entretanto, já na década de 1980 muitos cientistas ainda achavam difícil levar a sério essas catástrofes cósmicas. Além disso, parecia ao mesmo tempo que uma colisão dessa magnitude inevitavelmente pulverizaria ou derreteria todas as rochas na zona do impacto. No entanto, os meteoritos Snick sofreram, quando muito, choques moderados.

Ainda assim, aumentou constantemente o peso da evidência de uma origem planetária para os SNCS. A próxima pergunta era: de que planeta eles vinham? Embora Marte fosse sempre o suspeito principal, confirmar essa hipótese foi um laborioso exercício de trabalho investigativo. Vénus é certamente um concorrente, mas a sua atmosfera espessa e a gravidade relativamente alta na sua superfície tornam mais difícil que material seja lançado para fora do planeta. A Lua — e a própria Terra — são fontes possíveis. Entretanto, a Lua não tinha vulcões ativos nas eras recentes correspondentes às idades medidas nos SNCS. Embora a Terra os tivesse, os meteoritos frustraram o teste de comparação com material terrestre e lunar num aspecto crucial: as proporções isotópicas de seus conteúdos. Não só os isótopos de oxigênio estão todos errados, como também os de xenônio, que vêm a ser indicativos de um planeta com uma atmosfera fina e um campo gravitacional moderadamente grande. Tudo isso apontava fortemente para Marte.

O argumento decisivo apareceu em 1982, num desses episódios inesperados tão frequentemente associados com as descobertas científicas. O cientista da NASA Donald Bogard estava tentando datar um dos supostos meteoritos marcianos, medindo a abundância do argônio radioativo dentro de uma bolsa de vidro derretido. Os resultados que obteve para a sua amostra foram claramente absurdos, por isso ele concluiu que a rocha tinha sido de alguma forma contaminada. Bogard meditou cuidadosamente sobre a questão, e raciocinou que a imensa onda de choque que lançou a pedra para fora de Marte devia ter forçado o argônio da atmosfera a entrar na rocha. Felizmente, a missão Viking tinha medido as abundâncias dos isótopos de argônio na atmosfera marciana. Uma comparação imediatamente mostrou que Bogard estava certo. As medições dos outros gases nobres, mais a do nitrogênio e a do dióxido de carbono, também se harmonizavam com os dados de isótopos da Viking. A mistura de gases nas minúsculas bolhas do meteorito correspondia precisamente à atmosfera marciana.5

Uma vez aceito que os SNCS e um punhado de outros meteoritos realmente vieram de Marte, os cientistas começaram a examiná-los em busca de indícios das condições físicas da superfície marciana. Uma descoberta importante foi a presença de minerais que foram processados por água líquida, confirmando a teoria de que Marte era outrora quente e úmido. Outra informação colhida das abundâncias de isótopos ajudou a construir um quadro das mudanças na atmosfera marciana. Todo esse trabalho sobre os meteoritos marcianos foi fascinante e importante. Nada, entretanto, em comparação com a surpresa que jazia oculta dentro do ALH84001.

VESTÍGIOS DE VIDA?

A NASA fez uma descoberta surpreendente que aponta para a possibilidade de que uma forma primitiva de vida possa ter existido em Marte há mais de 3 bilhões de anos.

Daniel S. Golding, Administrador da NASA^6

As planícies desoladas da Antártica são o último lugar em que se esperaria encontrar caçadores de meteorito em ação. No entanto, essa extensa camada de gelo é ideal para revelar segredos astronômicos. Se alguém encontra uma pedra no gelo antártico, há um único lugar de onde ela pode ter vindo: do céu. Os meteoritos que caem sobre o gelo logo são enterrados pela neve, mas quando a camada de gelo se desloca para o oceano, carregando junto os meteoritos, ela pode deparar com obstruções enterradas ou roçar contra montanhas. Pedras soterradas podem ser lançadas à superfície, onde são facilmente localizadas na neve branca.

Roberta Score fazia parte da equipe americana de Busca de Meteoritos na Antártica, e no final de 1984 ela e seus colegas receberam a tarefa de atravessar uma geleira desolada e varrida pelos ventos, perto de uma área conhecida como Allan Hills. Perto do meio-dia de 27 de dezembro, Score parou o seu carro para neve, a fim de admirar uma espetacular formação de gelo que lembrava ondas congeladas. Nesse ponto, ela descobriu um meteorito exposto na beirada do campo de gelo. Ao ser examinado, parecia ter uma cor verde um tanto fantástica. Fora isso, era apenas mais um meteorito para Score e seus colegas, dentre os cento e tantos que a equipe tinha coletado durante a sua expedição. Eles não ficaram sobremaneira emocionados.

Como de costume, os cientistas tomaram cuidado para não contaminar o seu meteorito verde — classificado como ALH em referência a Allan Hills — colocando-o num saco de náilon especialmente esterilizado e fechando-o com fita teflon. Ninguém o tocou com as mãos nuas. Foi mantido, junto com as outras descobertas, em condições geladas durante a sua viagem de três meses até o Laboratório de Catalogação de Meteoritos, no Johnson Space Center em Houston, Texas. Ali foi guardado dentro de um recipiente especial num ambiente de nitrogênio, para eliminar qualquer umidade. Foi o primeiro meteorito a ser classificado dentre o lote de 1984 (por isso, a designação 84001) devido à sua cor alegadamente inusitada. Entretanto, no laboratório ele apresentava apenas um matiz cinzento escuro que nada tinha de excepcional, e foi classificado como um diogenita comum do cinturão de asteroides. Assim o ALH84001 continuou guardado, e a sua importância despercebida, por mais quatro anos.

No verão de 1988, um geoquímico do Johnson Space Center chamado David Mittlefehldt estava realizando uma análise sistemática de diogenitas, e obteve uma amostra do ALH84001 para análise. A sua curiosidade tinha sido provocada pela descrição original de que a rocha continha certos minerais que são raros em diogenitas, como aquele que tem o nome estranho de plagioclásio. Sabia-se igualmente que continha carbonatos, mas Mittlefehldt assumiu automaticamente que deviam ser produtos do desgaste pela exposição às intempéries na Antártica.

A análise química inicial de uma amostra grande não revelou nada de estranho. Foi só em 1990, quando ele começou a usar uma microssonda eletrônica para examinar minúsculos grãos incluídos, que a natureza singular do meteorito lentamente começou a aparecer. A sonda, que lança um raio estreito de elétrons na superfície da amostra e estimula a emissão de raios X, revelou grandes quantidades de ferro férrico, o que era pouco característico nos meteoritos normais. Mittlefehldt não continuou a examinar a questão, achando que sua análise era falha, mas em 1993 escreveu um ensaio sobre diogenitas em que mencionou os resultados anômalos de ALH84001. Um comentarista do trabalho o persuadiu a checar mais uma vez a sua análise. Foi só depois de Mittlefehldt ter se convencido de que a análise química estava correta que ele começou a considerar a ideia de que o ALH84001 talvez não fosse afinal um diogenita, mas um meteorito marciano. Entretanto, a composição mineral era diferente da constituição dos outros meteoritos marcianos conhecidos como SNAS. Uma cautela natural o dominou, e Mittlefehldt não mencionou a sua conclusão aos colegas.

O resto da história pode ser lido como uma emocionante novela de ficção científica. Mittlefehldt resolveu obter mais amostras de ALH84001, mas nesse meio tempo voltou a sua atenção para outro meteorito antártico conhecido como EETA79002, um diogenita simples que ele já tinha analisado antes. Ele começou usando a microssonda numa análise de rotina, mas ficou imediatamente desconcertado com a descoberta de quantidades substanciais de ferro férrico mais uma vez. Para cruzar as informações, Mittlefehldt estudou a composição de sulfeto de ferro em EETA79002, e espantou-se ao encontrar bissulfeto de ferro. “Isso era totalmente estranho”, lembrou, “porque os diogenitas só contêm monossulfeto de ferro.”7 Totalmente confuso, ele voltou aos dados básicos e examinou uma seção fina do meteorito sob um microscópico. Não se parecia nem um pouco com o EETA79002. Na verdade, tinha uma semelhança estranha com o ALH84001. Mittlefehldt verificou e descobriu que tinham lhe dado uma amostra com o rótulo trocado; ele estivera analisando pedaços do meteorito de Allan Hills o tempo todo! Era uma prova mais do que suficiente. O bissulfeto de ferro é comum em meteoritos de Marte. Com a presença de ferro férrico, a conclusão só podia ser que o ALH84001 provinha de Marte.

Depois que Mittlefehldt anunciou, em meados de outubro de 1993, que o ALH84001 era outro meteorito marciano, a rocha começou a receber tratamento especial. O investigador da NASA David McKay, que também trabalha no Johnson Space Center, coordenou um grupo de pesquisa que incluía Richard Zare, da Universidade de Stanford. O grupo começou fazendo o ALH84001 passar por uma bateria de testes. Usando análises químicas e isotópicas refinadas, os cientistas da NASA foram capazes de reconstruir passo a passo a história da rocha. A primeira surpresa foi a sua idade, determinada a partir da deterioração radioativa dos elementos rubídio e samário. Deve-se lembrar, a maioria dos meteoritos marcianos é relativamente jovem. Mas o ALH84001 se solidificou há uns 4,5 bilhões de anos, pouco depois de o próprio Marte ter se formado.

Os investigadores deram atenção especial às fissuras no meteorito. Evidentemente alguma coisa — provavelmente um impacto cósmico próximo — tinha fraturado a rocha em algum estágio, voltando a derretê-la parcialmente durante o processo. Para determinar quando isso se deu, a equipe realizou medições cuidadosas de potássio-40, um isótopo radioativo que decai e forma argônio. Como o argônio é um gás, ele vaza da rocha derretida, mas permanece preso em material sólido. Assim, é possível usar as quantidades relativas de potássio e argônio para determinar há quanto tempo a rocha esfriou do choque que criou as fissuras. A resposta obtida foi cerca de 4 bilhões de anos.

A importância das fissuras na rocha era que bem no fundo de cada uma delas havia minúsculos grãos de carbonato, como calcário. Para um geólogo, carbonato significa água. A pergunta-chave era: Esse carbonato se infiltrou na rocha enquanto ela esteve pousada no gelo antártico, ou veio de Marte? A resposta logo se tornou acessível pela idade dos depósitos. Embora o número fosse muito flexível, indo de 3,6 a 1,4 bilhão de anos, a data era bem anterior à queda da rocha na Terra.

O ALH84001 evidentemente teve uma vida tranquila até uma época relativamente recente, quando um impacto cósmico de monta com Marte o lançou para o espaço. Para encontrar a data da ejeção, a equipe da NASA estudou o efeito da radiação cósmica no meteorito. O material no espaço é continuamente bombardeado por partículas de alta velocidade do Sol e da galáxia. Essa radiação produz novos isótopos no material. Medindo as suas abundâncias, pode-se fazer uma estimativa de quanto tempo o objeto esteve exposto à radiação cósmica. Para o ALH84001, a resposta elaborada foi 16 milhões de anos, portanto ele passou mais ou menos todo esse período no espaço antes de cair na Terra. Para definir quando a rocha foi lançada de Marte, os cientistas precisavam determinar exatamente quando a rocha chegou à Antártica. O que foi feito por meio da datação familiar com isótopos de carbono. Alguma quantidade do isótopo radioativo C^14 foi formada pela radiação cósmica, quando a rocha estava no espaço. Depois que caiu na Terra, a produção desse isótopo cessou. Medindo seu decaimento, foi possível calcular o tempo desde que caíra na Terra. A resposta foi cerca de 13 mil anos. Assim o ALH84001 tinha permanecido sem ser perturbado sobre o gelo desde aproximadamente 11000 a.C. até Roberta Score o localizar em 1984.

A equipe da NASA centrou as suas investigações no material carbonado característico na rocha. Sabiam que essas minúsculas partículas forneceriam indícios importantes sobre as condições em Marte há muito tempo. Um exame meticuloso revelou glóbulos em camada que tinham de 25 nanômetros (um milionésimo de um milímetro) até cerca de um décimo de milímetro de extensão, revestidos por um material rico em ferro que incluía sulfeto de ferro e uma forma de óxido de ferro conhecida como magnetita. Todos esses minerais podem ser produzidos separadamente por diferentes tipos de processos químicos, mas a sua combinação num único lugar dava o que pensar. O que os teria feito? Depois de muito pensar, a equipe da NASA começou a estruturar uma hipótese ousada. Seria possível que os grãos de carbonato inusitados tivessem sido fabricados por organismos vivos? Isso era reconhecidamente uma teoria fantástica, mas, se a rocha viesse da Terra, o tipo de grãos minerais encontrado logo seria atribuído a atividades de micróbios.

Os investigadores precisavam desesperadamente cruzar os seus dados com os de outros exames: poucos cientistas ficariam impressionados apenas com grãos minerais como evidência de vida. Assim McKay e sua equipe começaram a procurar elementos químicos muito diferentes chamados hidrocarbonetos aromáticos policíclicos, ou PAHS — moléculas de múltiplos anéis conhecidas por serem produzidas por formas de vida em deterioração. Usando um espectrômetro de massa, os cientistas procuraram PAHS, e foram recompensados ao descobrir vestígios diminutos desses elementos químicos. Antes de abrir o champanhe, entretanto, os investigadores precisavam mostrar que essas substâncias não tinham invadido o meteorito durante a sua estada na Antártica. Eliminaram essa possibilidade examinando a distribuição dos PAHS dentro do meteorito, pois descobriram que a concentração aumentava mais para o interior—o oposto do que se esperaria, se os PAHS tivessem impregnado a rocha pelo lado de fora. Além disso, outros meteoritos antárticos não contêm essas quantidades de PAHS. Isso foi um estímulo e tanto, mas ainda não provava que micróbios marcianos tinham estado em ação na rocha. O problema é que, embora os PAHS sejam feitos por organismos vivos, eles também são feitos por processos inorgânicos. Na verdade, eles foram encontrados em meteoritos normais e até no espaço interstelar. Assim, a presença de PAHS no ALH84001 é sugestiva, mas não conclusiva. Mesmo que fosse possível provar que os PAHS provêm de Marte, eles poderiam ter sido produzidos por processos não biológicos ou depositados em Marte por algum outro corpo do espaço.

Havia, entretanto, uma terceira razão para a equipe da NASA suspeitar que organismos haviam habitado outrora a rocha marciana, e essa razão era a mais dramática de todas. Reveladas sob um poderoso microscópio eletrônico, havia milhares de minúsculas bolhas em forma de salsicha agarradas aos grãos de carbonato.

Essas bolhas se parecem exatamente com bactérias terrestres. McKay e seus colegas concluíram com cautela que as bolhas eram nada menos que marcianos fossilizados—as cascas petrificadas de micróbios que viveram no planeta vermelho há mais de 3,5 bilhões de anos. Se estivessem certos, seriam as primeiras pessoas na história a ver a marca de uma forma de vida alienígena.

Armada com as suas três evidências, a equipe da NASA divulgou o seu trabalho em agosto de 1996. O resultado foi uma sensação internacional, com manchetes gritantes em todo o mundo e grande cobertura televisiva propagando a nova. O presidente Clinton dirigiu-se pessoalmente aos jornalistas e deu aos pesquisadores a sua bênção. O vice-presidente Al Gore começou a organizar um seminário sobre as “implicações” na Casa Branca. Os líderes religiosos fizeram pronunciamentos sóbrios sobre o que a vida extraterrestre significaria para os fiéis. A NASA espanou os seus planos de exploração de Marte e revisou o seu orçamento. A Internet zumbiu, apresentando comentários e dados científicos apressadamente preparados. Fotografias do ALH84001 foram carregadas na rede e usadas numa centena de palestras de improviso.

Fiquei sabendo da nova de uma forma curiosa. Acordei no dia 7 de agosto para encontrar um fax de uma conhecida na Inglaterra endereçado à minha mulher, perguntando se eu estava visitando Londres naquela época, pois ela acabara de me escutar falando na rádio BBC sobre vida em Marte. Perplexo, pus o fax de lado e liguei o programa de notícias australiano para a hora do café da manhã. Claro, a grande história da NASA estava sendo divulgada. Então compreendi o que tinha acontecido, e tive de sorrir. Durante alguns meses, eu dera palestras e entrevistas em todo o mundo sobre a possibilidade de os micróbios ou seus fósseis se deslocarem de Marte até a Terra (e vice-versa) em meteoritos. Assim, quando a grande história veio à tona, a BBC já possuía uma entrevista comigo sobre esse tópico, gravada profeticamente algumas semanas antes, sem que nenhum de nós soubesse dos resultados da NASA. Infelizmente, os meios de comunicação australianos foram menos espertos. Uma equipe de filmagem da Australian Broadcasting Corporation (ABC) tinha me visitado um mês antes. Falei a eles sobre o roteiro dos meteoritos e até levantei um pedaço do meteorito Nakhla para a câmara, brincando sobre a possibilidade de estar infectado. Por coincidência, essa entrevista foi programada para ir ao ar no dia 8 de agosto, mas a ABC tinha decidido cortar o meu discurso sobre micróbios em meteoritos marcianos, por ser fantástico demais ou chato demais! Quando a descoberta da NASA foi anunciada, era demasiado tarde para voltar a inserir o material cortado.

Um corolário divertido de minhas entrevistas precursoras foi a história dos “vermes brancos”. Em janeiro de 1996, participei de uma conferência em Londres patrocinada pela Fundação Ciba, intitulada Evolução de Ecossistemas Hidrotermais na Terra (e em Marte?). Na entrevista coletiva de imprensa, alguns de nós apresentamos argumentos explicando por que achávamos provável a vida em Marte, referindo-nos aos meteoritos marcianos e aos ecossistemas das chaminés negras na Terra com seus vermes tubulares. De alguma forma a mensagem foi alterada, e quando apareci na televisão BBC naquela noite, fui solicitado a falar sobre a descoberta de vermes brancos em Marte! Fiz o possível para acabar com a história, mas ela nunca desapareceu. Para minha consternação, quando os resultados da NASA foram anunciados, os supostos microfósseis foram amplamente descritos como semelhantes a vermes brancos.

A cavaleiro no frenesi dos meios de comunicação, McKay e seu grupo mantiveram a calma. Cientes de que muitos resultados científicos anteriores tinham sido anunciados em meio à fanfarra, só para serem negados mais tarde, eles cuidaram de enfatizar que as marcas no meteorito não provavam que outrora havia vida em Marte. Eram simplesmente coerentes com a hipótese de uma origem biológica marciana. Mais pesquisas deviam ser feitas, mais informações colhidas. Apenas uma missão que trouxesse amostras de Marte decidiria a questão definitivamente. Mas, na sua opinião, a vida em Marte era a explicação mais provável dos fatos.

As descobertas técnicas apareceram finalmente na revista Science,s mas a tinta ainda nem secara, e já surgiam opiniões contrárias. Os especialistas apontavam várias críticas ao trabalho: a contaminação por PAHS terrestres não podia ser completamente descartada; os supostos fósseis eram demasiado pequenos para serem os resíduos de bactérias; nenhuma “bactéria” foi apanhada no ato de se dividir; os grãos de carbonato foram depositados em condições demasiado quentes para permitir a vida. Alguns comentadores achavam que a equipe da NASA tivera uma sorte suspeita. “Passei toda a minha carreira procurando microfósseis arqueanos na Terra”, comentou comigo o paleogeólogo australiano Malcolm Walter, “e só encontrei um punhado. Mas esses caras encontram microfósseis marcianos numa amostra aleatória de apenas doze rochas!”

O tamanho minúsculo dos “fósseis” é certamente uma objeção poderosa. Com apenas cinquenta nanômetros, as salsichas de carbonato são cem vezes menores que a maioria das bactérias terrestres. Na verdade, são tão pequenas que surge a questão de saber se algo daquele tamanho podia ter abrigado a vida. Se fossem organismos baseados em DNA, só poderiam acomodar mil pares de bases nos seus genomas. Mesmo esse cálculo ignora a existência de outras estruturas, como uma parede de célula, que nas bactérias terrestres tem pelo menos 25 nanômetros de espessura. Um micróbio marciano poderia desempenhar as alegadas proezas de processamento mineral e outras funções metabólicas com menos de 1% do estoque molecular de uma bactéria terrestre comum? Não, diz a maioria dos microbiologistas. Sim, dizem Robert Folk e Leo Lynch da Universidade do Texas, em Austin. Folk e Lynch afirmam ter descoberto formas microbianas mineralizadas, denominadas nanobactérias, bem aqui na Terra, e elas têm aparentemente apenas cem nanômetros de extensão.9 A sua afirmação é confirmada pelo trabalho de uma equipe de médicos finlandeses, que acreditam ter isolado nanobactérias vivas em sangue humano.10

O ataque mais sério à interpretação biológica das características do ALH84001 foi feito por Ralph Harvey, da Case Western Reserve University, e por Harry McSween, da Universidade do Tennessee. Esses ilustres geólogos examinaram o meteorito e concluíram que o material carbonado foi depositado a uma temperatura de pelo menos 650 °C. O que destruiria instantaneamente até o mais resistente hipertermófilo. Mas os pesquisadores da NASA se opuseram a essa objeção com medições da taxa do isótopo de oxigênio, argumentando que a temperatura do momento em que o material foi depositado não era mais elevada que 250 °C, e talvez tivesse sido muito mais baixa. Infelizmente, a sua análise está sujeita a incertezas por causa da possível perda do isótopo de oxigênio mais leve para o espaço. No momento em que escrevo este livro, essa discrepância ainda não foi resolvida.

Mas nem todos os cientistas foram tão céticos. Na verdade, um grupo de pesquisa da Universidade Aberta da Grã-Bretanha apontou calmamente que a equipe da NASA não era a primeira a publicar evidências de atividade biológica num meteorito marciano. Em 1989, Ian Wright, Monica Grady e Colin Pillinger divulgaram a sua análise de outro meteorito marciano antártico, o EETA79001. OS cientistas britânicos descreveram como tinham encontrado matéria orgânica “indistinguível dos componentes biogênicos terrestres” entre o material carbonado no interior profundo do EETA79001. E isso numa rocha com menos de 200 milhões de anos. As suas descobertas não implicam necessariamente a existência de vida, mas eles concluíram, sabiamente, que “as implicações para os estudos de Marte são óbvias”.11

UMA PRAGA MORTAL DO PLANETA VERMELHO!

A história pode muito bem considerar 20 de julho de 1969 a data mais significativa do século XX, o dia em que os seres humanos pela primeira vez puseram o pé em outro mundo. Mas quando Neil Armstrong, Buzz Aldrin e Michael Collins retornaram da Lua alguns dias mais tarde, não foram imediatamente saudados com abraços e beijos. Ao contrário, os astronautas foram empurrados para dentro de uma estranha cabine móvel a bordo do US Hornet, com a permissão de acenar para o mundo pela janela. A finalidade desse tratamento pouco cerimonioso era pôr os homens de quarentena, a eles e à carga de pedras da Lua, isolando-os do resto da humanidade. Embora poucos cientistas acreditassem em germes lunares, a NASA não queria correr nenhum risco de inadvertidamente liberar uma praga mortal. No caso, a superfície da Lua veio a ser o ambiente mais estéril já examinado, e os regulamentos de quarentena foram tranquilamente abolidos para a maioria das demais missões Apollo.

Quando a Viking mais tarde negou as possibilidades de vida em Marte, a questão da quarentena perdeu muito da sua importância na agenda da NASA. Hoje em dia, entretanto, vozes de preocupação estão novamente se levantando. Se existe vida em Marte e a NASA manda uma expedição tripulada ao planeta, o que acontecerá se os astronautas trouxerem de volta virulentos micróbios marcianos? Quem sabe quais seriam as consequências? Dadas as dificuldades do ambiente de Marte, os micróbios marcianos poderiam se espalhar como um incêndio em nosso planeta mais ameno. Os humanos poderiam ser totalmente eliminados por uma doença alienígena incurável, ou nossas colheitas poderiam ser atacadas, o que causaria mortes em massa pela fome. Mais insidiosamente, os micróbios marcianos poderiam tragar um elemento químico vital como o nitrogênio, fazendo o nosso planeta morrer aos poucos de fome. Há certamente muitas lições sérias para a Terra. Quando os colonizadores britânicos soltaram coelhos na Austrália, criaram estragos ecológicos. Os germes extraterrestres poderiam se mostrar muito mais mortais. Esses receios logo vão poder ser checados. Não é necessária uma expedição tripulada a Marte para nos expor aos riscos de uma infecção. O retorno de material marciano numa sonda sem tripulação — um projeto que já está num estágio avançado de planejamento — poderia ser arriscado, se as rochas da superfície abrigassem organismos vivos ou germes inativos.

Embora várias histórias de ficção científica tenham se baseado no tema de elementos patogênicos alienígenas que desencadeiam uma pandemia mortal, os cientistas em geral não têm dado atenção a essas especulações, considerando-as alarmistas. Dizem ser provável que os micróbios extraterrestres difiram tão fundamentalmente dos organismos terrestres que não representariam nenhuma ameaça real. Do ponto de vista da saúde, os micro-organismos mais arriscados são aqueles que mais se parecem com seus hospedeiros na sua bioquímica básica. Na opinião de Thomas Jukes, biofísico em Berkeley: “Não há razão para supor que os organismos marcianos usariam os mesmos aminoácidos ou o mesmo código genético da vida terrestre”.12 Os germes marcianos que usam um sistema básico diferente nem nos reconheceriam como vivos. Jukes assinala que ninguém tem medo de uma praga da Antártica, e com toda razão. “A separação diminui qualquer perigo ao produzir evoluções divergentes.” Assim Jukes infere que os micróbios marcianos devem ser mais inócuos que os da Antártica.

Ainda assim, é melhor se precaver para não chorar sobre o leite derramado. Ao tratar do risco de contaminação, a NASA determinou há muito tempo que evitariam trazer germes do espaço. Um documento dessa política afirma: “A Terra deve ser protegida do perigo potencial apresentado pela matéria extraterrestre carregada pelas espaçonaves que voltam de outro planeta [...] devem ser impostos controles sobre a contaminação orgânica e biológica trazida pela espaçonave”.13 Mais recentemente, a Comissão de Estudos Espaciais do Conselho de Pesquisa Nacional instituiu um Grupo de Trabalho coordenado por Claude Canizares. O seu relatório, intitulado Retorno de amostras de Marte: questões e recomendações, reconhece que “o risco de efeitos potencialmente nocivos não é zero”, e delineia algumas propostas de segurança específicas. Por exemplo: “Amostras trazidas de Marte pelas naves espaciais devem ser tratadas como potencialmente perigosas até prova em contrário. Nenhum material marciano a descoberto, inclusive superfícies da espaçonave que foram expostas ao ambiente marciano, deve voltar à Terra a menos que seja esterilizado. Se a contenção da amostra não pode ser verificada a caminho da Terra, a amostra e quaisquer componentes da espaçonave que possam ter ficado expostos a esse material devem ser esterilizados no espaço, ou não devem voltar à Terra”.14

É mais fácil falar do que fazer. O processo de esterilização real é muito problemático. Tratar as amostras com elementos químicos tóxicos ou radiação, ou submetê-las a calor violento, destruiria provavelmente o seu valor científico. Uma proposta do Grupo de Trabalho para revestir as superfícies externas da espaçonave com uma substância pirotécnica, a ser incendiada no espaço, parece positivamente temerária. Uma sugestão mais prática é expor as superfícies exteriores à radiação ultravioleta do Sol. Entretanto, o método preciso de esterilização ainda está para ser elaborado.

O relatório também requer que seja estabelecida uma instalação segura de quarentena pelo menos dois anos antes da chegada da nave, equipada com especialistas que vão de microbiologistas a cientistas da terra. Inicialmente, é provável que as amostras trazidas se restrinjam a alguns quilogramas de rocha, que seriam confinados numa única instalação de controle. Não haveria distribuição de pedaços de rochas marcianas para universidades e laboratórios de pesquisa interessados, como aconteceu com as amostras lunares. O material seria examinado em busca de sinais de bioatividade. Tecidos de humanos e outros organismos seriam expostos ao material para testar a existência de elementos patogênicos. Infelizmente, os custos de providenciar instalações plenamente seguras que minorassem todos os receios poderiam ser proibitivos. Alguns cientistas até consideraram a ideia de construir um laboratório de controle na órbita da Terra.

John Rummel é biólogo marinho em Woods Hole e ex-diretor da Proteção Planetária da NASA. O seu trabalho era assegurar-se de que as naves espaciais não contaminariam Marte inadvertidamente com micróbios terrestres e, inversamente, que nenhum micróbio marciano seria solto na Terra. Portanto, ele está preocupado com a ameaça de uma praga mortal trazida em amostras de rochas? Ele recentemente afirmou a um jornalista que, embora fosse importante que a NASA atuasse com responsabilidade, qualquer micróbio marciano acharia uma luta dificílima infectar organismos bem abrigados como os humanos, que do ponto de vista do micróbio seriam totalmente alienígenas. “Tenho certeza de que nada do que possa existir em Marte representaria uma ameaça para a Terra”, disse^15 reiterando o argumento de Jukes. “Um organismo capaz de infectar os humanos se sentiria muito solitário em Marte.” Michael Meyer, o atual diretor do serviço de proteção planetária da NASA, concorda. “A chance de trazer algo que infectará os humanos é praticamente zero”, ele teria dito, mas “é importante ser cauteloso”.16 Jukes é mais otimista, acreditando que os riscos foram superestimados. “Não há justificação para gastar dinheiro pondo em quarentena as amostras trazidas de Marte como forma de proteger a Terra”, declara.17

Embora a maioria dos cientistas desconsidere o perigo dos germes marcianos, é provável que a questão venha a ser uma crescente preocupação para o público. Alguns grupos já estão se preparando para ataques legais. “Não me preocupo com elementos patogênicos ou coisas que infectariam os humanos”, confessa Rummel. “Acho que o meu pior pesadelo é um bando de advogados interrompendo uma missão, porque ninguém considerou essa possibilidade.”18 Jack Farmer é planetólogo da NASA e especialista na possibilidade de vida em Marte. Ele concorda com Rummel: “As questões de proteção planetária talvez sejam um gigante adormecido que, uma vez acordado, poderia ditar o futuro da exploração de Marte”.19

Por mais cuidado que se tome para minimizar o risco da contaminação interplanetária, resta a ameaça de que nada possamos fazer a respeito. O meteorito marciano ALH84001 chegou até nós por cortesia da Mãe Natureza. Não foi necessária uma expedição tripulada, nem um braço de robô para trazer a rocha para a Terra. A pequena coleção de meteoritos marcianos conhecidos representa apenas uma minúscula fração dos milhões de rochas marcianas que caíram na Terra e vão continuar a cair na Terra no futuro. Algumas estimativas sugerem que a quantidade total de material marciano que atinge o nosso planeta poderia ser em média de cem toneladas métricas por ano. Se McKay e seus colegas estão certos, o ALH84001 trouxe micróbios marcianos fossilizados para a Terra. E se outro meteorito trouxesse micróbios vivos?

No ano passado, os meios de comunicação me perguntaram repetidas vezes a minha opinião, se eu acho que os vestígios no ALH84001 são realmente bactérias marcianas fossilizadas. A pergunta parece justa, mas na verdade não faz sentido formulá-la. A evidência é, como dizem, relativa. Como a pesquisa de McKay e seus colegas não conseguiu comprovar a hipótese, os seus resultados só podem ser apropriadamente avaliados à luz do que já conhecemos sobre a probabilidade da vida em Marte.20 Se, como supõe a maioria dos cientistas, a vida é o resultado de um acaso extremamente improvável, então as chances de a vida ter começado independentemente em Marte (aparecendo em dois planetas num único sistema estelar) são infinitesimais. Para esses cientistas, as marcas no meteorito não parecem muito impressionantes. Se, por outro lado, alguém tem boas razões para acreditar que havia vida em Marte há 3,6 bilhões de anos, então a evidência apresentada pela NASA é exatamente o que se esperaria encontrar. Não seria preciso muito esforço para me convencer de que o ALH84001 contém fósseis genuínos, porque acho quase com toda a certeza que havia vida em Marte há 3,6 bilhões de anos. A razão pela qual tenho tanta confiança nessa crença não é que eu esteja seguro de que a vida surgiu de uma sopa primordial marciana (embora possa ter sido esse o caso), mas que não há, nem nunca houve, quarentena dos planetas uns em relação aos outros.

9. Panspermia

Vamos pensar num local bem distante no espaço, a anos-luz da estrela mais próxima. Tudo ao redor é um abismo negro. A temperatura paira um pouco acima do zero absoluto. Um vazio escancarado estende-se em todas as direções, povoado por alguns átomos desgarrados e o fugaz raio cósmico ocasional. Por toda essa extensão de vazio passa, inesperadamente, um solitário grão de matéria, demasiado pequeno para ser visto a olho nu. Essa partícula diminuta erra desimpedida pela galáxia, não se dirigindo a nenhum lugar em particular. Mesmo vista através de um poderoso microscópio não pareceria mais emocionante que um grão de poeira. Sob um exame mais detalhado, entretanto, esse grão particular prova ser muito mais do que mera poeira. É um esporo de bactéria.

O esporo não deixa transparecer nenhum sinal visível de vida. Encerrado num revestimento protetor espesso, mirrado, desidratado e inativo, as suas moléculas quase pararam de se mover, de tão intenso que é o frio. Já foi exposto a uma radiação suficiente para matar um ser humano mil vezes. Mas o esporo não está morto, em termos rigorosos. Tampouco pode ser considerado vivo; não faz mais do que esperar. Talvez espere 1 bilhão de anos, talvez espere para sempre. Mas há uma chance infinitesimal de que um dia o esporo chegue a um planeta com água líquida. Então repentinamente, depois de mil milênios de torpor não perturbado, o esporo vai retornar da escuridão. A sua alma bacteriana vai começar a se mexer, os bancos de memória genética vão se aquecer, o metabolismo vai recomeçar a funcionar. A bactéria vai ter vida plena mais uma vez. E quando isso acontecer, ela vai começar a se multiplicar — repetidas vezes. Um novo planeta será semeado com vida. Esse novo planeta talvez tenha sido a Terra.

Esse roteiro talvez seja pura fantasia, mas é levado tão a sério que vários experimentos têm sido realizados para testá-lo. A ideia de que os organismos podem se propagar pelo espaço está presente há muito tempo. Em 1821, Sales-Gyon de Montlivault propôs que a vida teria sido desencadeada na Terra por sementes vindas da Lua. Pouco depois, um médico alemão, chamado H. E. Richter, sugeriu que os meteoritos ou os cometas, que passam raspando pelas atmosferas dos planetas, poderiam recolher micro-organismos flutuantes e transportá-los a outros planetas.

Na virada do século XX, o químico sueco Svante Arrhenius desenvolveu essa teoria com mais detalhes. Ele sugeriu que esporos bacterianos individuais poderiam flutuar pela galáxia, impelidos pela minúscula, mas cumulativa pressão da luz estelar. A Terra nascente, imersa numa chuva de micro-organismos inativos, mas ainda viáveis, teria se mostrado um destino desejável para esses micróbios do espaço, uma vez que a superfície era bastante fria. Arrhenius deu à sua teoria o nome de panspermia, que significa “sementes por toda parte”.1 É uma ideia que tem sido revisitada muitas vezes desde a publicação do conceito original.

Neste livro, assumi até agora que a vida terrestre se originou na Terra, seja qual for a incerteza quanto ao onde e ao como. Mas podemos ter certeza? Para alguns, o fato de que a vida se estabeleceu sobre a Terra, assim que as condições se tornaram favoráveis, sugere que ela deve ter vindo do espaço, e que a verdadeira gênese da vida ocorreu em algum outro lugar do universo.

SOBREVIVÊNCIA NO ESPAÇO

É crível que organismos desprotegidos possam sobreviver a uma viagem pelo espaço? O espaço não é um ambiente confortável para a vida. Além do forte vácuo e das baixas temperaturas, existe a radiação: isso inclui raios ultravioleta do Sol, prótons de alta velocidade dos clarões solares e os raios cósmicos. Essas condições logo se revelariam letais para a maioria das formas de vida conhecidas. Mas, apesar desses perigos, nem todos os organismos morrem rapidamente no espaço. As bactérias, com a sua lendária capacidade de sobrevivência, mostram uma flexibilidade extraordinária às condições do espaço.

Alguns cientistas do Instituto Alemão de Medicina Aerospacial usaram a Instalação de Exposição de Longa Duração da NASA para ver o que acontecia aos esporos do Bacillus subtilis no espaço.2 Um série de filtros capacitou os cientistas a testar separadamente os efeitos do vácuo do espaço, da radiação ultravioleta cósmica e solar e dos raios cósmicos. Ao recuperarem as amostras, até 2% das bactérias expostas apenas ào vácuo continuavam viáveis. A presença de uma camada de açúcar ou sal aumentava enormemente as suas possibilidades. Dentre aquelas expostas a todas as formas de radiação espacial, apenas 1 em 10 mil sobreviveu, mas o fato de protegê-las dos raios ultravioleta solares aumentou muitíssimo a taxa de sobrevivência.

Alguns cientistas japoneses também provaram que os micróbios são um bando resistente usando um experimento de simulação no laboratório, destinado a imitar uma exposição no espaço por 250 anos.3 Eles encerraram esporos do Bacillus subtilis e outros organismos numa câmara com vácuo, esfriaram-nos até -196 °C e os bombardearam com prótons energéticos de um gerador Van de Graaff por 24 horas. Metade da amostra sobreviveu a esse ataque. O recorde de tolerância foi do vírus mosaico do tabaco, pois 85% da amostra continuava infecciosa ao final do experimento.

Peter Weber e Mayo Greenberg, da Universidade de Leiden, na Holanda, investigaram^4 os efeitos da exposição aos raios ultravioleta — a mais nociva de todas as formas de radiação no espaço. Eles esfriaram esporos numa câmara de vácuo a -263 °C (apenas dez graus acima do zero absoluto) para simular o frio intenso do espaço profundo, expondo-os ao intenso raio ultravioleta de uma lâmpada. O equivalente a 2500 anos de exposição à luz estelar matou 99,9% dos organismos. Ainda assim, uma diminuta fração conseguiu sobreviver. Curiosamente, os esporos pareciam gostar do frio: a sua longevidade aumentava acentuadamente em temperaturas interstelares.

Essa impressionante tolerância à radiação não é muito razoável em termos de evolução, a não ser que a vida tenha sido forçada a passar por um gargalo de radiação em algum estágio no passado. Se alguns micróbios tiverem sido obrigados a se adaptar à radiação violenta do espaço, um resquício dessa tolerância poderia sobreviver nos organismos terrestres atuais. Hoyle e Wickramasinghe citam o caso da bactéria Micrococcus radiophilus, que tem uma resistência surpreendente à radiação, tendo desenvolvido um mecanismo especial para reparar as cadeias de DNA gravemente danificadas por raios X.5 Esse pequeno coco inteligente se parece muito com o produto de um ambiente interstelar.

Sejam quais forem seus surpreendentes poderes para combater o estrago da radiação, as chances de um micróbio vivo viajar entre sistemas de estrelas seriam muito intensificadas se a radiação fosse ao menos parcialmente evitada. Weber e Greenberg sugeriram que os micróbios poderiam se deslocar para as estrelas a bordo de nuvens interstelares, que serviriam como um tipo de escudo. Essas nuvens são comuns em todos os braços espirais da galáxia; a cada intervalo de algumas dezenas de milhões de anos o sistema solar passa por uma dessas nuvens. Os micróbios na atmosfera superior da Terra ou nos ejetos de impactos poderiam ser carregados pela nuvem, talvez para serem transportados a um outro sistema estelar. Inversamente, qualquer micróbio alienígena residente na nuvem poderia ser transferido para a Terra. Tipicamente, as nuvens se movem a cerca de dez quilômetros por segundo e levam aproximadamente 1 milhão de anos para passar de estrela a estrela. Embora muito tênues pelos padrões normais, elas são suficientemente grandes para bloquear grande parte da radiação. Além disso, um micróbio flutuante poderia pegar muitos resíduos — gelo e elementos orgânicos — em trânsito, criando uma camada protetora extra. Weber e Greenberg estimam que o efeito combinado da proteção contra a radiação cósmica poderia prolongar a expectativa de vida dos esporos em vários milhões de anos — tempo suficiente para chegar a outro sistema estelar.

O esporo itinerante enfrenta dificuldades quando se aproxima de uma estrela. Ali ele se encharca de raios ultravioleta. Sem um revestimento adequado de material absorvente, a morte assoma. Paul Wesson, da Universidade de Waterloo no Canadá, conjectura^6 que a panspermia de sistemas estelares muito antigos poderia chegar adequadamente coberta de fuligem. Estrelas como o Sol expelem um fluxo de partículas de carbono, à medida que envelhecem. Um micróbio lançado à deriva no espaço interplanetário poderia concebivelmente ser borrifado com sujeira suficiente para superar o risco da luz ultravioleta.

Sem dúvida, para o sucesso do processo da panspermia não é necessário que todo micróbio itinerante no espaço sobreviva a viagens interstelares. Ele requer apenas que uma única bactéria chegue viva e encontre um planeta adequado para lhe servir de lar.7 A vida poderia ser disseminada pelo cosmos mesmo que os micróbios chegassem aos planetas oficialmente mortos. Segundo a teoria do mundo RNA e os experimentos de Spiegelman e Eigen que discuti no capítulo 5, seria possível desencadear a replicação numa sopa primordial de elementos químicos, simplesmente acrescentando um modelo de RNA adequado. Apenas um longo fragmento de RNA poderia recomeçar todo o processo de biogênese, ainda que num estágio primitivo. Tecnicamente a vida seria criada de novo, mas com um ingrediente vital de software sendo fornecido pelo espaço.

Por mais divertidas que sejam essas ideias de panspermia “nua”, acho difícil levar a teoria a sério. Embora a transferência de organismos expostos e isolados entre planetas seja teoricamente possível, a probabilidade é muito diminuta. É muito improvável que isso se dê sistematicamente por toda a galáxia — o risco da radiação é muito grande. Entretanto, há um modo de os micróbios viajarem de planeta para planeta em relativa segurança, e o macete é pegar carona num meteorito.

A VIDA VEIO PARA A TERRA NUM METEORITO?

Em 1834, o químico Jons Berzelius obteve amostras de um meteorito que caiu perto da cidade de Alais, na França. Depois de submetê-las a uma cuidadosa análise química, ele divulgou os conteúdos. A maioria dos meteoritos é de natureza pétrea ou metálica, mas Berzelius também detectou a presença de compostos de carbono. O carbono pode significar muitas coisas, mas para Berzelius significava vida. Então o carbono no meteorito de Alais queria dizer vida além da Terra? Berzelius deixou a questão em suspenso, mas investigadores posteriores foram mais diretos. Marcellin Berthelot isolou material “semelhante a carvão” no meteorito Orgueil de 1864. Com o uso do microscópio, foram revelados diminutos grãos esféricos, revestidos com material carbonado. Esses grãos lembravam a Berthelot células bacterianas fossilizadas.

Na década de 1880, o geólogo alemão Otto Hahn veio a público declarar que tinha descoberto uma ampla série de formas de vida fossilizadas enterradas dentro de várias amostras de meteorito. Esses organismos incluíam espécies relativamente avançadas como corais. As afirmações sensacionais de Hahn foram em geral desprezadas. Os críticos diziam que ele se empolgara observando inclusões minerais que superficialmente parecem coisas vivas, assim como as pessoas vêem rostos em rochas e nuvens. Ainda assim, a ideia de que a vida chegou à Terra num meteorito captou a imaginação de muitos cientistas, e afirmações de que os meteoritos contêm sinais de vida continuam a aparecer até os dias atuais.

Essas afirmações não poderiam ser apropriadamente testadas enquanto as técnicas científicas não se aperfeiçoassem. Na década de 1960, a análise química tinha feito enormes progressos, levando Bartholomew Nagy e George Claus nos Estados Unidos a dar outra olhada no meteorito Orgueil. Usando um espectrômetro de massa, eles confirmaram a presença de material orgânico e identificaram vários hidrocarbonetos complexos. Mas isso foi apenas o começo. Nagy e Claus também divulgaram a descoberta do que chamavam “elementos organizados”, e acrescentaram a conclusão sensacional de que a matéria orgânica no meteorito tinha provavelmente origem biológica.8

Como seria de esperar, a afirmação de Nagy e Claus provocou uma tempestade de críticas. Os hidrocarbonetos foram variadamente atribuídos à contaminação terrestre ou a processos químicos cósmicos. Nagy modestamente aceitou algumas dessas críticas e solicitou mais estudos. A questão poderia ter ficado nesse pé, não fosse um feliz acontecimento no dia 28 de setembro de 1969, quando se avistou um meteorito caindo perto da cidade de Murchison, no sudeste da Austrália. O objeto explodiu no meio do ar e espalhou muitos fragmentos pela região. Os moradores do local começaram a recolher nacos de uma estranha rocha preta que tinha um cheiro forte de álcool metilado. A queda logo chamou a atenção de John Lovering, da Universidade de Melbourne, que imediatamente avaliou a natureza do material. O meteorito de Murchison pertence a uma categoria rara, conhecida como condritos carbonados, que são ricos em elementos orgânicos; daí o cheiro característico, que persiste até hoje.

Desde a sua recuperação, os fragmentos de Murchison têm provocado muita especulação, e foram submetidos a uma bateria de testes que produziu resultados extraordinários. Entre as numerosas substâncias orgânicas encontradas dentro do meteorito estão alguns aminoácidos usados pela vida terrestre e outros que não são usados. Isso suscita a pergunta óbvia: Essas substâncias orgânicas são os resquícios deteriorados de organismos extraterrestres, ou se formaram a partir de algum processo químico simples? Um fator relacionado a essa questão é a descoberta de que a helicidade de alguns aminoácidos no meteorito Murchison é mais para a esquerda do que para a direita. Como expliquei no capítulo 3, uma das características distintivas da vida na Terra é que ela fabrica e usa aminoácidos apenas da variedade esquerda, por isso a tendência da helicidade no meteorito poderia sugerir uma origem biológica. Por outro lado, sabe-se que há processos físicos (como a iluminação com luz polarizada) que também poderiam acentuar a síntese dos aminoácidos esquerdos.9

O meteorito Murchison prova pelo menos uma coisa. Há no espaço objetos carregados com o tipo de compostos orgânicos necessários para dar início à vida. Não é necessária nenhuma sopa primordial na Terra para sintetizar os tij olos da vida. Essas substâncias podem cair do céu, já prontas.

A VIDA TERRESTRE VEIO DE MARTE?

Apesar de ter passado a minha vida inteira fazendo pesquisa científica, não me lembro de ter tido mais que uma dezena de pensamentos verdadeiramente originais. Essas boas ideias sonhadas em geral entraram na minha consciência só muito gradativamente e adquiriram consistência pouco a pouco, enquanto eu estava imerso em meu trabalho. Revelações repentinas e lampejos ofuscantes de percepção intuitiva são, acredito, realmente bastante raros na ciência. Uma ocasião memorável em que tirei as minhas conclusões impulsivamente ocorreu em julho de 1992, quando estava assistindo a uma palestra de Lloyd Hamilton num encontro da Associação Australiana e Neozelandesa para o Avanço da Ciência, em Brisbane. Hamilton falava sobre a biosfera subterrânea, discutindo o seu trabalho sobre os organismos que vivem nas rochas da Terra. No meio da sua palestra, ocorreu-me que se rochas aparentemente sólidas podem ter micróbios vivendo no seu interior, e se as rochas podem viajar de Marte à Terra (ou vice-versa) nos escombros dos impactos cósmicos, então os micróbios podiam seguir junto e assim provocar uma contaminação cruzada entre os planetas. Com uma rocha como escudo protetor, a viagem seria muito menos arriscada do que na teoria de Arrhenius. Em particular, os organismos poderiam ser facilmente transportados entre a Terra e Marte dessa maneira. Propus a discussão da questão no momento das perguntas no final da palestra, mas minha proposta parecia um pouco maluca e a discussão não foi muito longe. Ainda assim, continuei a desenvolver a ideia nos meses seguintes, e dei palestras a respeito na Universidade de Milão em novembro de 1993. Mais uma vez, não houve reação. Sem me deixar abater, incluí a conjectura no meu livrinho Are we alone? que foi publicado no ano seguinte. Pouco depois descobri que Jay Melosh, do Laboratório Lunar e Planetário da Universidade do Arizona, tinha chegado independentemente a conclusões semelhantes.10

Ai de mim, não há nada de novo sob o Sol. Melosh e eu não éramos absolutamente os primeiros a descobrir a possibilidade de os micróbios viajarem entre os planetas dentro de rochas ejetadas. Ainda em 1871, ninguém menos que lorde Kelvin apontou que a colisão de um corpo astronômico com um planeta poderia deslocar muitos escombros, e assim “muitos fragmentos grandes e pequenos carregando sementes, plantas vivas e animais seriam indubitavelmente espalhados pelo espaço”. Num discurso na Associação Britânica em Edimburgo,11 Kelvin presumiu que alguns desses fragmentos acabariam atingindo outros planetas e infectando-os com a vida:

Como todos acreditamos com muita confiança que há no presente, e sempre houve desde tempos imemoriais, muitos mundos com vida além do nosso, devemos considerar altamente provável que existam inúmeras pedras meteóricas portadoras de sementes movendo-se pelo espaço. Se no presente momento não existisse vida sobre esta Terra, uma dessas pedras caindo sobre o solo poderia [...] fazer com que o planeta se tornasse coberto de vegetação.

Se a vida pode realmente saltar de planeta para planeta, não podemos estar seguros de que a vida terrestre tenha começado na Terra. Poderia, por exemplo, ter vindo de Marte.12 Sabemos que micróbios vivem bem no fundo de rochas na Terra. Se também havia vida em Marte, parece provável que tenha começado na forma de micróbios quimiotróficos vivendo embaixo do solo. Assim os fragmentos de rocha ejetados por um impacto cósmico com Marte bem poderiam conter micro-organismos no seu interior. Encasulados dentro de uma rocha, os micróbios marcianos vivos poderiam ser transferidos para a Terra com sucesso.

À primeira vista, a teoria parece ter um grande problema. Um golpe bastante forte para lançar uma rocha no espaço não aniquilaria instantaneamente qualquer habitante microbiano? Curiosamente, a resposta é não. Os micróbios são salvos pela sua pequenez. Avaliando a situação com alguns números, um impacto com a força de projetar uma rocha de Marte à velocidade de escape (cinco quilômetros por segundo) submeteria os micróbios a uma aceleração de 10 mil g. Um impulso tão desmesurado certamente esmagaria a maioria dos organismos. Entretanto, as dimensões diminutas e a baixa massa dos micro-organismos implicam que eles provavelmente poderiam resistir a essas colossais forças ge deixar Marte relativamente sem danos.

Mas existe um risco mais sério no processo de ejeção. Um grande impacto cósmico gera uma enorme onda de choque que comprime as rochas circundantes. Como todo material, a rocha esquenta ao ser espremida, e até compressões modestas elevariam a temperatura a valores letais. Até recentemente, os geólogos assumiam que um cataclismo capaz de pôr uma rocha em órbita também a derreteria. Os experimentos de laboratório indicavam que o material ejetado sofreria uma compressão maciça:— equivalente a uma pressão aplicada de pelo menos 1,5 megabars. Mas a descoberta de meteoritos marcianos mostrou que essa visão era equivocada, pois embora alguns mostrassem sinais de um moderado aquecimento pelo choque, outros claramente escaparam de Marte sem distúrbios.

Jay Melosh atacou o problema de como uma rocha pode ser impelida para o espaço sem ser destruída no processo. Ele elaborou um modelo matemático detalhado de um impacto cósmico, e esboçou o seguinte quadro de acontecimentos. Primeiro, o asterói- de ou cometa entrante perfura um buraco no chão. A energia liberada é tão grande que a maior parte do corpo impactante é vaporizada. Logo abaixo do ponto de impacto, a liberação explosiva de energia amassa a rocha, vaporizando ou derretendo grande parte dela em consequência. A onda de compressão então se propaga lateralmente, espalhando-se pelo terreno circundante e entrando dentro do solo. A energia elástica armazenada nas rochas do subsolo como resultado dessa compressão é mais uma vez liberada quando o material ricocheteia, e isso produz uma enorme força vertical para as camadas sobrejacentes. Ao contrário dos estratos inferiores, as rochas da superfície não podem ser comprimidas, porque têm a liberdade de se mover para o alto; a única força restritiva é a pressão atmosférica, que é desprezível. Portanto, o material da superfície se lança para o céu sem ser esmagado, e se a força for bastante grande, ele voará para o espaço. A cratera de impacto é menos uma depressão no solo que uma cavidade escavada pelo repentino impulso para o alto, e ela vai ser muitas vezes maior do que o tamanho do corpo impactante. Grande parte do material perto da beira da cratera é simplesmente lançado para cima em vez de ser esmagado pelo golpe. Uma vantagem extra é que, como o objeto impactante evacua um imenso túnel na atmosfera, as rochas ejetadas são poupadas do aquecimento por atrito, ao partirem rumo ao espaço. Melosh acha que a rocha periférica primeiro ascende como uma placa contínua de material, impelida por baixo, e depois se despedaça em fragmentos. Os seus cálculos predizem que o tamanho dos pedaços depende da escala global da explosão. Em geral, um choque maior ejeta fragmentos maiores. Um impacto de monta lançaria vários milhões de rochas de uns dez metros de diâmetro. Algumas se tornariam muito quentes, mas uma boa fração continuaria abaixo de 100 °C.

Talvez surpreendentemente, portanto, um micróbio dentro de uma rocha marciana poderia entrar no espaço sem ser eliminado pela explosão ou pelo calor. Entretanto, os seus problemas teriam apenas começado. Uma vez no espaço, a sua sorte dependeria da exata trajetória de sua nave espacial rochosa. Grande parte dos escombros ejetados entraria em órbita ao redor do Sol. Como uma rocha no espaço interplanetário está sujeita não só à força gra- vitacional do Sol, como também à de outros planetas, o seu movimento pode ser muito complicado, até caótico. Cada vez que uma rocha marciana se aproxima de Marte no seu percurso ao redor do Sol, ela vai receber um puxão da gravidade do planeta. Depois de muitos desses puxões, a rocha pode ser impelida para uma órbita que passa pela Terra, ou lançada para a região exterior do sistema solar, onde ficará sujeita às perturbações gravitacionais dos planetas maiores. A rocha pode passar muito tempo nessa máquina de fliperama cósmico, antes que seu destino definitivo seja decidido.

Quais são as chances de que uma rocha de Marte alcance a Terra? Um recente cálculo de computador^13 predisse que 7,5% das rochas ejetadas de Marte vão acabar sendo recolhidas pela Terra, e uma proporção semelhante tomará o destino de Vénus. A maioria dos escombros (38%) acaba no Sol, 9% colide novamente com Marte, e grande parte do resto segue rumo a Júpiter e acaba sendo lançada para fora do sistema solar. Os períodos de permanência no espaço são surpreendentemente curtos. Cerca de um terço das rochas que atingem a Terra chega nos primeiros 10 milhões de anos.

Esses resultados concordam com o tempo de permanência no espaço dos meteoritos marcianos conhecidos, o que pode ser medido a partir da sua exposição aos raios cósmicos. As medições vão de 15 milhões de anos para o ALH84001 até meros 700 mil anos para o EETA79001. Alguns meteoritos marcianos vão inevitavelmente chegar aqui muito rápido, se saírem de Marte a uma velocidade e num ângulo favoráveis. Na simulação, observaram-se transferências de apenas 16 mil anos. Tomando-se por base só cálculos estatísticos, algumas rochas farão a viagem em menos de um século.

Saber se um micróbio dentro de uma rocha de Marte vai chegar à Terra numa condição viável depende de quanto tempo ele pode permanecer vivo no espaço. É claro que nada sabemos sobre os supostos micróbios marcianos, mas se nos guiarmos pelas proezas de resistência das bactérias terrestres, eles podem aguentar por um tempo muito longo. Os arqueólogos de vez em quando desenterram tumbas contendo esporos bacterianos que datam da época da construção da tumba. Noticiou-se a descoberta de E. cloacae vivos num esqueleto de mastodonte com 11 mil anos de idade. Em condições de forte congelamento, existe a possibilidade de tempos de sobrevivência muito maiores. Chris McKay encontrou micro-organismos de 3 milhões de anos preservados na camada de gelo permanente da Sibéria. Afirmações surpreendentes foram feitas sobre bactérias preservadas em leitos de sal por centenas de milhões de anos. Bactérias de 40 milhões de anos também foram extraídas e clonadas, em verdadeiro estilo Parque dos Dinossauros, a partir de bactérias encontradas dentro de uma abelha aprisionada em âmbar.14

O microbiologista britânico John Postgate, que fez um estudo da mortahdade bacteriana, tem questionado se as bactérias afinal precisam morrer.15 Quando privadas de nutrientes, elas lentamente se tornam senescentes; o seu metabolismo emperra, elas encolhem dramaticamente de tamanho e param de se reproduzir. Mas não morrem necessariamente no sentido normal da palavra, podem simplesmente escorregar para um estado de animação suspensa. Se as condições um dia melhorarem, elas podem ser ressuscitadas, como Belas Adormecidas. Não há nenhum relógio interno conhecido que determine um “ponto sem retorno”. Na verdade, é muito misterioso saber exatamente o que decide se um dado esporo pode ser ressuscitado ou não dessa mais extrema de todas as experiências de quase morte. Se nada se passa no interior do micróbio, que linha enigmática marcada “morte” deve ser cruzada para que a ressurreição se torne impossível?

A imortalidade bacteriana pressupõe que nada estrague irreparavelmente os elementos vitais do micróbio. Um caso óbvio de estrago é a radiação. Embora as bactérias tenham mecanismos de reparação que podem combater o estrago da radiação, eles não funcionam no estado inativo. Se o DNA de um micróbio inativo sofre quebra, continua quebrado. Numa viagem pelo espaço, a radiação é sem sombra de dúvida o maior perigo. Entretanto, a maior parte da radiação seria incapaz de penetrar numa rocha. Os raios ultravioleta são absorvidos por uma camada fina, enquanto um metro de material sólido intercepta tudo a não ser os raios cósmicos da mais alta energia. A própria rocha terá alguma radioatividade residual, mas, como vimos, as bactérias são surpreendentemente resistentes ao estrago da radiação. A desidratação — inevitável nas condições de vácuo do espaço — parece fornecer uma proteção adicional. Um organismo dentro de uma rocha grande levaria milhões de anos para ser submetido a uma dose letal de radiação. Tempo suficiente para uma viagem de Marte à Terra.

Outro fator a considerar é o frio. No espaço interplanetário, a temperatura é baixa, mas não extrema. A rocha ainda seria aquecida pelo Sol, e a temperatura interna provavelmente baixaria até cerca de -50 °C. Isso é perfeitamente aceitável; na verdade, as bactérias são rotineiramente armazenadas em refrigeradores a temperaturas muito mais baixas. Se tivesse algum efeito, o frio do espaço sideral se revelaria uma vantagem para a preservação dos micróbios.

Embora a viagem pelo espaço seja muito menos arriscada do que poderia parecer à primeira vista, as tribulações de um micróbio marciano não estão findas quando ele atinge a Terra. Ele ainda tem de evitar a morte quando a rocha mergulha no ar a uma velocidade de muitos quilômetros por segundo. A maioria dos meteoritos pequenos queima completamente ao entrar na atmosfera. Entretanto, para uma rocha de um a dez metros que chega numa trajetória pouco profunda, a história é outra. A rocha seria retardada pelo atrito com o ar e possivelmente explodiria sob os golpes, despejando fragmentos na atmosfera superior. Os pedaços então cairiam na superfície a uma velocidade terminal, que é relativamente amena. A desintegração espirraria alguns dos micróbios no ar, enquanto outros chegariam ao solo ou ao oceano ainda protegidos dentro dos fragmentos de rocha. Sabe-se que muitos dos meteoritos caíram dessa maneira. Como as rochas são boas isolantes de calor, o interior do meteorito continua frio, mesmo que a superfície exterior seja derretida pelo atrito. Tudo considerado, essas circunstâncias são mais ou menos ideais para a disseminação bem-sucedida de quaisquer organismos residentes.

Uma vez em segurança na superfície terrestre, as perspectivas de um micróbio marciano dependeriam das condições que encontrasse. Há 3 ou 4 bilhões de anos, quando Marte se assemelhava à Terra, um organismo marciano bem poderia ter achado o nosso planeta parecido com o seu lar, especialmente se tivesse caído no mar. Carregado pelas correntes do oceano, poderia acabar encontrando uma abertura vulcânica no fundo do mar, semelhante a seu hábitat original em Marte.

Algumas pessoas acham que a cadeia de circunstâncias favoráveis necessária para trazer um micróbio marciano em segurança até a Terra abusa da credulidade. Certamente, a cada etapa do caminho, apenas uma fração, e talvez apenas uma fração muito diminuta, dos micróbios ejetados sobreviveria. Mas a viagem não precisa ser confortável, apenas suportável. Basta que um único quimiotró- fíco marciano dentre os milhões que talvez tenham sido ejetados sobreviva à viagem, e estaria aberto o caminho para a colonização completa da Terra. Um acontecimento de grandes impactos, como o que deixou tanto a Terra como Marte cheios de crateras, lançaria bilhões de toneladas métricas de material no espaço. Milhões de rochas com alguns metros de extensão seriam espalhadas pelo sistema solar, muitas candidatas a transportar a vida. Impactos maiores produziriam mais escombros ejetados. No final do período de bombardeamento pesado, os números seriam ainda mais elevados. É difícil evitar a conclusão de que, se houve vida em Marte entre 3,5 e 4 bilhões de anos atrás, marcianos vivos inevitavelmente passaram a residir na Terra. Essa possibilidade também ocorreu à Comissão de Estudos Espaciais do Conselho de Pesquisa Nacional dos Estados Unidos. No seu relatório Mars sample retnrn, eles afirmam: “A sobrevivência de micro-organismos num meteorito, onde estão em grande parte protegidos da radiação, parece plausível. Se pudéssemos demonstrar que os micro-organismos sobrevivem às condições de ejeção e impacto subsequente, não haveria muita razão para duvidar que a transferência interplanetária natural de biota é possível [...] essas trocas teriam sido particularmente comuns no começo da história do sistema solar, quando as taxas de impacto eram muito mais elevadas”.16 Saber se os micróbios marcianos colonizaram com sucesso a Terra depois de sua chegada é, claro, outra história, a que devo voltar em breve.

Há alguma razão para favorecer Marte em detrimento da Terra como berço da vida? Um fator sugere que a resposta é sim. O mesmo bombardeamento cósmico que fornece um mecanismo para transportar os organismos entre os planetas também ameaça a sua sobrevivência em casa. Como expliquei no capítulo 8, um impacto realmente grande vai efetivamente esterilizar todo o planeta. A esse respeito, Marte pode ter sido mais seguro que a Terra. Seu tamanho menor o tornaria um alvo menos visado pelos asteroides e os cometas. A menor gravidade resultaria em impactos mais lentos que provocariam menos estragos, permitindo que o material orgânico se acumulasse. Em particular, Marte foi poupado do impacto realmente imenso que criou a Lua da Terra. O calor da formação de Marte teria se esfriado mais rapidamente, tornando o planeta habitável há 4,5 bilhões de anos. A crosta mais fria de Marte também implicaria que a zona confortável para um micróbio do subsolo penetraria bem mais fundo, providenciando um refugio melhor contra as ondas de calor geradas pelos impactos.

A zona profunda do subsolo talvez não seja o único refúgio existente contra o bombardeamento cósmico. Outro refúgio é o espaço. O impacto que esteriliza o planeta vai também espalhar uma grande quantidade de material na segurança relativa da órbita planetária. Se os micróbios conseguirem sobreviver no espaço dentro dessas rochas deslocadas, então alguns podem acabar retornando para semear de novo o planeta, depois de ele ter se recuperado dos efeitos do cataclismo. Como Marte tem uma velocidade de escape menor que a Terra, o material pode ser ejetado com menos violência: é mais provável que os micróbios sobrevivam. Perto do fim do período de bombardeamento pesado, Marte deve ter sido envolto numa nuvem de escombros ejetados, que talvez abrigasse grande número de organismos exilados.

Marte não foi só um lugar melhor para o início da vida, também pode ter se revelado um lugar mais favorável para a sua evolução. Os biólogos suspeitam que a vida na Terra realmente se expandiu depois que o oxigênio se tornou disponível na atmosfera, há uns 2 bilhões de anos. Nesse estágio, houve uma rápida diversificação das espécies. Em Marte, é provável que o oxigênio tenha se desenvolvido muito mais rapidamente, talvez em apenas 10 milhões de anos. É possível que mesmo antes do fim do bombardeamento pesado a vida em Marte já tivesse chegado a um nível que a Terra ainda levaria alguns bilhões de anos para atingir.17

Se a vida surgiu independentemente na Terra e em Marte, então um micróbio marciano que chegasse à Terra poderia encontrar organismos já bem acomodados. Os viajantes recém-chegados entrariam em competição com seus equivalentes terrestres. Ao chegar, os marcianos poderiam ser tragados pelas bactérias terrestres. Isso seria um golpe cruel do destino para esses viajantes tão intrépidos. Sobreviver ao ser lançado em órbita por um impacto cósmico, aguentar milhões de anos no espaço, evitar ser queimado na entrada da atmosfera, ter bastante sorte para cair perto de um hábitat apropriado, só para acabar sendo a refeição de um rival saqueador, isso seria uma ironia suprema.

Outros roteiros são possíveis. Os micróbios marcianos poderiam comer os terrestres em vez de serem tragados. E ainda, os micróbios terrestres e marcianos poderiam ocupar nichos diferentes e coexistir pacifícamente. Se eram baseados em bioquímica radicalmente diferente, então podiam se ignorar sem problemas. Ou poderiam ser muito semelhantes e dar-se tão bem a ponto de entrarem num processo de simbiose (por exemplo, as mitocôndrias invadindo as bactérias terrestres). Pode até ser que você, leitor, e eu tenhamos alguns genes marcianos nos corpos! Mas é também possível que os intrusos tenham achado a vida demasiado dura na Terra, não tenham conseguido se adaptar ao longo do tempo, e tenham morrido depois de uma valente tentativa de colonização, como os primeiros colonizadores de algumas cidades australianas do interior inóspito.

É concebível que micróbios marcianos ainda existam na Terra como uma forma de vida independente. Os cientistas estão apenas começando a descobrir o imenso número de micro-organismos que vivem ao nosso redor. Até agora, todos os que foram descobertos são relacionados com a vida terrestre, mas um dia um micro-organismo verdadeiramente alienígena pode ser desenterrado, talvez num lugar estranho ou inacessível — talvez bem nas profundezas do solo, na atmosfera superior ou até sob a calota glacial da Antártica. Se os micróbios alienígenas usam uma bioquímica diferente, os cientistas podem ter deixado de detectá-los nas suas buscas. Poderiam estar até inativos ao nosso redor, na forma de esporos, incapazes de reviver por falta de algum ingrediente crucial.

As sugestões precedentes são, claro, pura especulação. Tudo o que podemos afirmar com certeza é que, se há ou houve vida microbiana em Marte, um micróbio marciano viável certamente conseguiu chegar à Terra em algum período nos últimos 4 bilhões de anos. Se a vida realmente começou em Marte e migrou para a Terra, é mais conjectural. Se assim foi, somos levados a ter um pensamento curioso. Você, eu e todos os seres vivos que vemos ao nosso redor descenderíamos de marcianos.

A VIDA TERRESTRE MIGROU PARA MARTE?

Se os micróbios podem viajar de Marte para a Terra, podem também fazer o percurso contrário. Embora a Terra tenha uma atração gravitacional mais forte, houve certamente impactos cósmicos suficientemente poderosos para lançar material terrestre no espaço. Nesse caso, sabemos que algumas das rochas ejetadas deviam conter micro-organismos. Se havia realmente vida na Terra no fim do período de bombardeamento pesado, como sugerem as evidências fósseis, então quantidades copiosas de material portador de vida teriam sido postas no espaço pelos muitos impactos de monta que ainda estavam ocorrendo há 3,8 bilhões de anos. Parte desse material teria certamente atingido Marte, numa época em que as condições nesse planeta se assemelhavam às da Terra. É, portanto, inevitável que a vida terrestre tenha chegado a Marte em algum estágio de sua história. Parece também extremamente provável que entre 3,5 e 3,8 bilhões de anos atrás as condições em Marte tivessem sido adequadas para que os organismos terrestres transportados ali florescessem. É por essa razão que tenho certeza de que houve vida em Marte no passado, e que talvez ainda haja vida no planeta hoje em dia.

Quando surgiu a história sobre o meteorito da NASA, tanto os comentaristas como os cientistas apressaram-se a tirar a conclusão de que a vida devia ter acontecido duas vezes no sistema solar. As características do ALH8400 1 foram quase universalmente tomadas como evidência da origem independente da vida no planeta Marte. As profundas conclusões filosóficas que Clinton e outros se apressaram a tirar — de um universo pululando de vida, de leis favoráveis ávida operando por todo o cosmos—dependiam crucialmente desse pressuposto tácito. Pouquíssimas pessoas perceberam a falha básica na lógica: se um micróbio marciano fóssil pode chegar à Terra numa rocha, então um micróbio vivo pode ir da Terra para Marte numa rocha. A própria fonte da evidência de vida em Marte solapava a teoria da origem independente.

Se a vida realmente chegou a Marte vindo da Terra, isso certamente seria emocionante e cientificamente importante, mas teria significado filosófico zero, pois nada nos diria de novo sobre a singularidade ou não do fenômeno da vida. Simplesmente nos mostraria que a biosfera da Terra se estende para o espaço, bem como para os subterrâneos. Os supostos microfósseis no ALH84001 seriam então descendentes daqueles que eram afinal organismos originalmente terrestres, retornando para casa.

A probabilidade da contaminação cruzada entre os planetas, especialmente no passado remoto, é um fator-chave para avaliar a evidência de vida em Marte. Se Marte foi inoculado com vida terrestre no período de 3,6 a 3,8 bilhões de anos atrás, não seria real surpresa encontrar rochas marcianas contendo sinais de vida em ação há 3,6 bilhões de anos. Como afirmei no capítulo anterior, as características do ALH84001 são exatamente o que se esperaria encontrar. Por outro lado, se a teoria da contaminação está errada, as regras do jogo mudam dramaticamente. Somos então convidados a acreditar que a vida começou independentemente em Marte — um enorme pressuposto, que requer considerável justificação (ver capítulo 10). Nesse caso, a evidência do ALH84001 é muito menos persuasiva.

Como se pode testar a teoria da contaminação? Se os cientistas pudessem captar um organismo marciano vivo, e ele se revelasse baseado num DNA de tendência para a direita e aminoácidos de tendência para a esquerda, se ele tivesse o mesmo código genético que a vida terrestre, e se o seu metabolismo também fosse similar, isso apontaria fortemente para uma origem comum com a vida na Terra. Por outro lado, se ele tivesse moléculas com tendências para lados opostos, um código genético diferente, ou fosse baseado numa forma completamente diferente de bioquímica, então estaria implícita uma origem independente. Determinar a questão seria mais difícil se tudo o que nos restasse fossem fósseis. Resquícios de moléculas orgânicas familiares com tendências para lados opostos ainda revelariam o segredo, mas a simples comparação de formas microbianas não é de grande ajuda. Os micróbios alienígenas poderiam se parecer com os micróbios terrestres e ainda assim ter uma bioquímica completamente diferente.

Vamos supor, como venho afirmando, que material contendo vida tenha sido regularmente trocado entre a Terra e Marte; não se pode considerar, portanto, que esses planetas estivessem de quarentena. A contaminação cruzada poderia estar ocorrendo desde o surgimento da vida. Se for esse o caso, parece inútil ter o trabalho de esterilizar as nossas naves espaciais. Inversamente, já não podemos pressupor que o risco de infecção por micro-organismos marcianos seja desprezível. Se as formas de vida terrestre e marciana descendem de um ancestral comum, os micróbios marcianos terão a mesma bioquímica básica que nós. Como escreveu Cari Sagan:18 “Se supostos organismos marcianos foram originalmente transferidos para Marte por colisões na Terra, eles talvez sejam parecidos conosco a ponto de poderem ser patogênicos”.

Se a Terra e Marte trocaram organismos, isso complica consideravelmente a questão de onde a vida realmente começou. Dado o nosso presente estado de ignorância, é loteria saber qual dos seguintes roteiros é o verdadeiro:

1. A vida começou apenas uma vez, em Marte, e veio para a Terra em meteoritos marcianos. Ainda pode existir no planeta de origem ou não.

2. A vida começou apenas uma vez, na Terra, e foi propagada para Marte, onde possivelmente se estabeleceu.

3. A vida se originou independentemente tanto na Terra como em Marte. Uma colonização cruzada (ou até fertilização cruzada) pode ter ocorrido mais tarde.

4. A vida se originou tanto na Terra como em Marte, mas, apesar da troca de rochas e poeira, não ocorreu nenhuma transferência de organismos viáveis.

5. A vida não se originou nem na Terra, nem em Marte, mas em algum outro lugar inteiramente diferente, como um cometa, a lua Europa de Júpiter, Vénus ou um corpo for a do sistema solar. Veio para a Terra, e talvez também para Marte, via algum tipo de mecanismo de panspermia.

6. A vida se originou apenas na Terra e (ainda) não colonizou com sucesso nenhum outro planeta. Marte não tem vida, nem jamais teve vida.

Note-se que, salvo o roteiro final, todos os outros predizem que deve ter existido vida em Marte no passado, e que o planeta ainda pode abrigar vida hoje em dia. Pelo que sabemos sobre o incrível poder de resistência dos micróbios, acho que o roteiro 6 é muito improvável. Em algum estágio, rochas com organismos viáveis devem ter feito a viagem da Terra para Marte. Seja qual for o roteiro, se a vida começou mais de uma vez, ou se ela simplesmente se propagou entre os planetas, acho inevitável que Marte tenha desempenhado o papel de hospedeiro para populações microbianas, e talvez até para organismos mais avançados, num estágio primitivo de sua história. Isso torna a busca de vida em Marte uma prioridade urgente.

Se aceitamos a ideia da panspermia por meio de rochas, então Marte não é o único planeta a despertar o interesse. É concebível que a vida terrestre tenha viajado para outros lugares no sistema solar. Que dizer da Lua? Hoje a superfície lunar é extremamente desagradável, RNAs, como Marte, ela teve outrora uma atmosfera espessa, vulcões e água. Esses desapareceram mais rápido do que em Marte, mas talvez tenha existido uma breve janela de oportunidade para a vida. Se essa j anela coincidiu com a vida existente na Terra, então as chances de uma troca de organismos com a Lua devem ser consideradas muito altas. Dada a proximidade da Lua com a Terra, grande parte dos ejetos terrestres de impacto acaba na Lua, e o tempo de viagem é muito curto. Poderia haver vida na Lua hoje em dia, embaixo da superfície? Afirmações recentes de que talvez exista gelo nos polos lunares, em crateras protegidas do Sol, geram a perspectiva intrigante — embora extremamente especulativa—de que micróbios lunares vivos ainda possam ser encontrados.

Vénus e Mercúrio parecem causas perdidas, pois são ambos demasiado quentes. Talvez Vénus fosse outrora mais frio, e poderia ter proporcionado por algum tempo um lar para organismos terrestres deslocados. Várias luas no sistema solar exterior poderiam possivelmente fornecer lugares adequados para a vida, embora sejam remotas as chances de uma transferência bem-sucedida da Terra até esses pontos distantes. Thomas Gold tem conjecturado que pelo menos dez planetas ou luas poderiam ter vida embaixo da superfície, e que essa vida no subsolo talvez seja muito comum no universo. Ele acredita que a Terra poderia representar “apenas um ramo estranho da vida”, onde condições inusitadas tornaram possível a vida na superfície.19

Assim como rochas lançadas na órbita de Marte teriam proporcionado um refúgio do bombardeamento cósmico, os organismos terrestres poderiam ter se deslocado pelo espaço, só para retornarem milhões de anos mais tarde para recolonizar a Terra. Essa possibilidade abre uma nova perspectiva para a teoria da vida à luz da frustração dos impactos, que discuti no capítulo 6. Os impactos que esterilizavam totalmente a Terra ainda poderiam deixar organismos vivos entre os escombros na sua órbita. Isso nos permite empurrar a data da vida na Terra bem para dentro do período de bombardeamento pesado, talvez até 4,2 bilhões de anos atrás, e ajuda a amenizar o paradoxo de que a vida aparentemente existia na Terra durante essa época tão violenta. Sem dúvida, se os antigos micróbios podem retornar depois de passar milhões de anos fora do planeta, isso tem implicações intrigantes para a história evolucionária. Não é impossível que ainda hoje uma bactéria com 10 milhões de anos, extinta sobre a Terra, retorne num meteorito e volte a se estabelecer em nosso planeta.

E que dizer da possibilidade de a vida viajar entre as estrelas dentro de rochas? Infelizmente as estatísticas são fortemente contrárias a essa ideia. Enquanto material espirrado da Terra tem uma chance razoável de chegar a Marte, é desprezível a probabilidade de que uma rocha ejetada do sistema solar venha a encontrar outro planeta. As distâncias entre as estrelas são tão grandes, e os planetas são alvos tão pequenos, que até com bilhões de rochas sendo espalhadas pela galáxia, há poucas chances de que alguma delas caia num planeta adequado em outro sistema estelar. Pela mesma razão, é quase certo que nenhuma rocha portadora de vida de outro sistema estelar tenha atingido a Terra. Assim, embora os planetas dentro de nosso sistema solar possam ter se contaminado uns aos outros com rochas portadoras de vida, é extremamente improvável que a vida tenha se espalhado dessa maneira pela galáxia.

Entretanto, as rochas não são os únicos veículos em que os micróbios podem pegar uma carona. Os cometas também servem para esse fim. Embora pouco se conheça sobre o interior dos cometas, eles poderiam providenciar para os micróbios um refúgio até melhor do que as rochas. O que seria certamente o caso no período logo depois da formação dos cometas, quando o aquecimento químico e radioativo pode ter elevado a temperatura a ponto de manter água líquida.

Chris McKay imagina um roteiro envolvendo panspermia cometária que é mais ou menos o seguinte.20 Uma nuvem interstelar chega perto do sistema solar. Os cometas, talvez perturbados pelo campo gravitacional da nuvem, bombardeiam a Terra e ejetam escombros contendo esporos microbianos. As rochas deslocadas permanecem na nuvem até que, talvez milhões de anos mais tarde, a própria nuvem começa a gerar estrelas. Quando isso acontece, as rochas, junto com alguns organismos ainda viáveis, se misturam com o material cometário perto da margem da nebulosa de um novo sistema estelar. À medida que se formam os cometas, eles proporcionam interiores quentes e úmidos em que os micróbios, depois de tantos sofrimentos, podem por fim ser confortavelmente incubados. O melhor ambiente revive os esporos e desencadeia uma multiplicação explosiva. Algum tempo mais tarde, esse cometa mergulha em direção à estrela, completo com a sua agora extensa colônia microbiana. A estrela evapora o material do cometa e libera os micróbios. Eles são arremessados aos trilhões junto com a poeira cometária, formando uma imensa nuvem viva. Embora os organismos estejam agora horrivelmente expostos e vulneráveis, não demora muito para que alguns deles sejam recolhidos por algum planeta que passa pela cauda do cometa. Sendo tão diminutos, os micróbios sobrevivem à operação de reentrada, e baixam lentamente para a relativa segurança da superfície do planeta. Dessa maneira, a vida poderia colonizar planetas em outros sistemas estelares. Da mesma forma, poderia ter chegado à Terra vindo de um planeta além do sistema solar.

Nos últimos vinte anos, Fred Hoyle e Chandra Wickramasinghe, enfrentando grande ceticismo, têm sustentado a teoria de que os cometas contêm organismos vivos. Eles oferecem como evidência de sua ideia uma análise dos registros médicos, e afirmam que a passagem de cometas está relacionada com a irrupção de doenças.21 Sugerem que várias pandemias, como a grande praga justiniana de 540 d.C., em que possivelmente morreram 100 milhões de pessoas, têm na verdade origem extraterrestre. Hoyle e Wickramasinghe não supõem que a vida no espaço se restrinja aos cometas. Apoiam a proposta original de Arrhenius de que micróbios individuais podem flutuar desprotegidos pela galáxia. Apontando para o fato de que muitos grãos interstelares são mais ou menos do tamanho de bactérias, afirmam que quantidades substanciais de material no espaço interstelar têm realmente origem biológica. Como evidência dessa teoria audaciosa, citam o fato de que o espectro infravermelho da E. coli seca parece estranhamente próximo ao da poeira interstelar.

Não é surpreendente que alguns cientistas tenham adotado a teoria dapanspermia numa tentativa de escapar dos problemas da biogênese. Se a vida pode se propagar entre sistemas de estrelas, então basta um único planeta gerador de vida, em algum lugar na imensidão do cosmos, para explicar a existência da vida na Terra. Não compartilho esse entusiasmo pela fuga das dificuldades. Parece-me que afastar o problema para o espaço não contribui em nada para tratar do problema central da biogênese — o problema que tem atormentado os pesquisadores dessa disciplina há décadas — que é o fato de que a vida parece boa demais para ser verdade.

10. Um universo favorável à vida?

Quanto mais examino o universo e estudo os detalhes de sua arquitetura, mais evidências encontro de que o universo em certo sentido devia estar ciente de que iríamos chegar.

Freeman Dyson^1

Quando a já mutilada nave espacial Galileo enviou laboriosamente fotos de Europa por meio de sua antena de reserva em abril de 1977, os cientistas da NASA se rejubilaram. A palavra nos lábios de todo mundo era... “vida!” A emoção se concentrava na descoberta do primeiro oceano extraterrestre conhecido. A lua Europa, como os cientistas já sabiam, é coberta de gelo. O que a Galileo revelou foram icebergs. Icebergs significam água líquida ou, pelo menos, gelo pastoso. Toda a crosta congelada dessa frígida lua jupiteriana parece estar deslizando sobre uma camada de fluido.

Quase todos os comentaristas entoaram a mesma cantilena: água mais elementos orgânicos significa vida — ou, pelo menos, um boa chance de que exista. O argumento racional foi resumido pelo cientista da missão da NASA, Richard Terrile.“Ponham-se esses ingredientes juntos sobre a Terra, e dentro de 1 bilhão de anos obtém-se vida”, ele declarou à imprensa.2 Logo, isso vai acontecer também em Europa. Assim sem mais nem menos, como costumava dizer o mágico britânico Tommy Cooper. Infelizmente, o tênue fio de lógica que liga água e vida é pouco mais que a observação de que a vida sem água parece impossível. Igualar a água com a vida esconde um gigantesco salto de fé.

Talvez exista realmente vida embaixo da camada gelada de Europa, ou pela razão relativamente trivial de que se transferiu da Terra para essa lua de Júpiter num meteorito, ou pela razão muito mais profunda de que a vida é inevitável dadas as condições apropriadas. Segundo a escola determinista de biologia, que parece ditar a visão predominante na NASA, além de ser compartilhada pela maioria dos comentaristas da mídia, a vida vai automaticamente se formar em qualquer ambiente semelhante ao da Terra. Tome-se uma certa quantidade de água, acrescentem-se aminoáci- dos e algumas outras substâncias, ferva-se a mistura por alguns milhões de anos e — pronto! — ela vive. Esse tema popular é agudamente criticado pela escola oposta, que enfatiza a extraordinária complexidade molecular até do ser vivo mais simples. Para os defensores dessa última posição, a pura complexidade da vida revela uma concatenação estranha de acontecimentos, única no cosmos. Nenhuma quantidade de água, dizem eles, mesmo se temperada com elementos químicos refinados, vai se tornar viva no momento adequado. A vida terrestre deve ser, portanto, um acaso feliz de improbabilidade astronômica.

Ao afirmar que a água significa vida, os cientistas da NASA não estão simplesmente entusiasmados com o seu projeto. Estão fazendo — tacitamente — uma imensa e profunda pressuposição sobre a natureza da natureza. Estão dizendo, na verdade, que as leis do universo são engenhosamente tramadas para provocar a existência da vida contra todas as probabilidades; que os princípios matemáticos da física, na sua elegante simplicidade, de algum modo já pre- vêem a vida e sua vasta complexidade. Se a vida resulta da sopa primordial com uma certeza causal, então as leis da natureza têm codificado um subtexto oculto, um imperativo cósmico, que lhes ordena: “Criem vida!” E, através da vida, os seus produtos secundários: a mente, o conhecimento, o entendimento. Significa que as leis do universo construíram a sua própria compreensão. Essa é uma visão empolgante da natureza, magnífica e enaltecedora no seu ímpeto majestoso. Espero que seja correta. Seria maravilhoso que fosse correta. Mas se é correta, representa uma mudança na visão do mundo científico tão profunda quanto a iniciada por Copérnico e Darwin juntos. Não deveria ser distorcida com afirmações loquazes de que água mais elementos orgânicos equivale a vida, obviamente, pois isso está muito longe de ser óbvio.

Se o determinismo biológico for na verdade confirmado pela descoberta de vida alternativa fora da Terra, isso vai destruir dramaticamente o paradigma ortodoxo, impregnado como se acha da contingência darwiniana. A ortodoxia insiste que nada na vida é predeterminado, que a evolução biológica é uma longa série de acasos sem sentido e sem direção. Não existem causas últimas. Mas se a vida é de algum modo inevitável, isso significa que, apesar dos acasos do destino, é certo que um fim específico será atingido; ele está embutido nas leis. E “fim” soa suspeitosamente como “meta” ou “propósito” — palavras tabus na ciência no último século, pois estão impregnadas de uma era religiosa passada.

As ramificações de encontrar vida em outro lugar no cosmos são, portanto, extremamente profundas. Transcendem a mera ciência e causam impacto em questões filosóficas como a de saber se há um sentido para a existência física, ou se a vida, o universo e tudo o mais são em última análise desprovidos de sentido e absurdos. Essa é a grave importância da busca de vida em Marte e em outros lugares. É por isso que devemos continuar a busca como uma questão da mais alta prioridade. E é por isso que a teoria da panspermia é tão crucial. Para provar que o universo é favorável à vida, temos de saber com certeza que a vida aconteceu mais de uma vez, o que significa eliminar a possibilidade da contaminação cruzada dos planetas. Encontrar vida terrestre em Marte não nos diria nada de novo sobre a origem da vida. Mas, se a contaminação pudesse ser desprezada, um único micróbio marciano transformaria para sempre a nossa visão do cosmos.

A busca de vida no universo é portanto a busca de nós mesmos — quem somos nós e qual é o nosso lugar na grandiosa estrutura das coisas. Assim, o que a evidência científica sugere? Somos apenas aberrações insignificantes, ou os produtos esperados de um universo engenhosamente favorável à vida?

A VIDA REALMENTE TEVE UM COMEÇO?

Toda a discussão sobre a origem da vida provém do pressuposto de que a vida realmente teve uma origem. É concebível que a vida sempre tenha existido? Claramente a vida terrestre nem sempre existiu, porque a própria Terra nem sempre existiu. Mas a vida já podia existir em algum lugar antes que a Terra se formasse, tendo chegado ao nosso planeta por algum processo de panspermia. Se os organismos são capazes de se propagar de estrela para estrela através do universo, então a questão de saber se a vida teve um início leva à questão de saber se o universo teve um início.

No século XIX, a maioria dos cientistas supunha que o universo era eterno. Era então possível acreditar que a vida é coextensiva com o universo tanto no espaço como no tempo. Essa era a posição defendida por Svante Arrhenius e lorde Kelvin. Hoje a maioria dos cientistas acredita que o universo nem sempre existiu, mas começou com uma grande explosão. Há boas evidências de observação para apoiar essa teoria. Entretanto, não há nenhuma razão fundamental conhecida para que o universo nem sempre tenha existido. Um modelo de universo sem começo ou fim, conhecido como a teoria do estado estacionário, foi popular na década de 1950.0 seu principal defensor foi Fred Hoyle. Tanto a teoria do Big Bang como a teoria do estado estacionário pressupõem que o universo está em expansão. Na teoria do Big Bang, todo o material cósmico passa a existir mais ou menos com um grande impulso inicial. À medida que o universo se expande e as galáxias se separam, a densidade média da matéria diminui. Em oposição, na teoria do estado estacionário a densidade média permanece constante. A matéria é continuamente criada, formando novas galáxias que ocupam os espaços cada vez mais amplos entre as antigas. Em grande escala, o universo permanece mais ou menos o mesmo de uma época a outra, como um poço sempre reabastecido.

Como o universo do estado estacionário tem uma idade infinita, podemos imaginar que a vida também existiu desde sempre. Assim nem cosmos nem vida teriam tido uma origem. Desde que exista um meio para os organismos passarem das velhas galáxias às novas, a vida nunca precisa se formar de novo a partir de elementos químicos inertes. Assim, foge-se completamente ao problema da biogênese. Não é necessário aderir à cosmologia do estado estacionário para evitar uma origem da vida. Desde que o universo tenha idade infinita e algum tipo de processo de reabastecimento, e desde que os micróbios possam encontrar um meio de viajar em segurança de um lugar para outro, a vida talvez sempre tenha sido uma propriedade do universo. Na verdade, é exatamente isso o que Hoyle e Wickramasinghe propõem.3

A teoria da vida eterna tem um corolário bastante curioso. Se a vida se estende pelo espaço e pelo tempo, e se existe, como seria o caso num universo de estado estacionário, um número infinito de planetas, então há um número infinito de biossistemas. Se uma fração desses biossistemas desenvolve inteligência e tecnologia, há um número infinito de comunidades tecnológicas no universo. Como não há limite para o momento em que essas comunidades tecnológicas passaram a existir, algumas delas são arbitrariamente antigas e arbitrariamente avançadas. Se a vida microbiana pode se espalhar pelo cosmos, a vida inteligente avançada também possui essa capacidade. Somos assim inexoravelmente levados à conclusão estranha de que a vida inteligente deve ter “assumido o controle” do universo. Basta apenas uma comunidade tecnológica expansionista de idade ilimitada para que a inteligência adquira o controle do cosmos. Na verdade, dada a quantidade infinita de tempo para que esse processo se realize, a natureza e a tecnologia terão se transformado a essa altura na mesma coisa. Assim a inteligência será também coextensiva com o universo. A mente seria uma característica permanente do universo tanto quanto a matéria.

Fred Hoyle não deixou de perceber essa conclusão, pois seu livro The intelligent universe descreve uma situação muito parecida com a que acabei de esboçar.4 A menos que haja alguma lei da natureza que limite o crescimento da inteligência e da tecnologia, ou proíba que as formas de vida inteligente se espalhem pelo universo, embora permitindo ao mesmo tempo a difusão dos organismos simples, é difícil ver como as propostas dramáticas de Hoyle podem ser evitadas. Francis Crick e Leslie Orgel chegaram a uma conclusão semelhante. Impressionados pelas dificuldades substanciais que os cientistas enfrentam ao explicar a biogênese, eles propuseram a ideia da “panspermia dirigida”, segundo a qual a Terra foi deliberadamente semeada com vida por alienígenas inteligentes.5 Por extensão, a vida poderia se espalhar por todo o universo dessa maneira, sem ter se originado em nenhum lugar em particular.

Muitas pessoas acham a ideia da vida universal muito atraente. Cientificamente, entretanto, parece uma trapaça. É uma tentativa de evitar o enigma da origem da vida, deslocando o problema para o espaço e para o passado até ele desaparecer completamente da nossa visão. Embora não haja nada logicamente errado com a teoria de que a vida e o universo sempre tenham existido, ela não oferece nenhuma explicação para nenhum dos dois. Não se explica alguma coisa declarando simplesmente que sempre existiu. Assim, a partir deste ponto, vou pressupor que a vida realmente começou em algum lugar e de algum modo, talvez independentemente em muitos lugares, e perguntar o que isso implica para a natureza do universo.

AS LEIS DA NATUREZA ESTÃO ARMADAS A FAVOR DA VIDA?

O universo não estava prenhe de vida, nem a biosfera do homem.

Jacques Monod^6

Você se engana. Eles estavam.

Christian de Duve^7

Jacques Monod mostrou que tudo na natureza é produto de dois fatores fundamentais: o acaso e a lei — ou necessidade, como ele preferia dizer. Vamos tomar, por exemplo, a órbita da Terra ao redor do Sol. A sua forma elíptica provém das leis de movimento e gravitação de Newton. Poderíamos dizer que a forma da órbita é necessariamente elíptica. Por outro lado, o tamanho específico da órbita, isto é, a distância média entre a Terra e o Sol, é produto de muitos fatores complicados, inclusive alguns acasos históricos relacionados com as colisões na nebulosa solar. Não há necessidade de que a Terra trace uma órbita a 150 milhões de quilômetros do Sol, em vez de, digamos, a 200 milhões de quilômetros. A órbita real é, portanto, parte necessidade, parte acaso. Se encontrarmos um planeta semelhante à Terra no sistema de outra estrela, a sua órbita não vai corresponder à nossa órbita quilômetro por quilômetro; mas a lei da gravitação vai exigir que ele siga um caminho elíptico.

Um exemplo extremo de necessidade é a estrutura de um cristal. O arranjo geométrico do entrelaçamento de um cristal é determinado inteiramente pelas forças interatômicas em operação. Dois cristais de sal puros terão estruturas cristalinas idênticas, assim como dois diamantes. O acaso não conta: os cristais têm necessariamente a forma que possuem. Em oposição, um exemplo extremo de acaso é a máquina de fliperama. Sem dúvida, a bola obedece às leis de movimento de Newton entre as colisões com os pinos, mas o seu destino final é obra do acaso. Não esperamos que as bolas do fliperama sempre acabem no mesmo buraco.

Quando se trata da vida, quanto se deve ao acaso e quanto à necessidade? O próprio Monod não tinha dúvidas. Era esmagadoramente o produto do acaso, sustentava ele, uma perspectiva celebrada em seu famoso livro intitulado Acaso e necessidade. Além disso, o caráter de acaso da vida se aplicava, argumentava Monod, não apenas à natureza aleatória e sem direção da evolução, mas aos processos físicos que produziram a vida em primeiro lugar. Para Monod, a gênese da vida era apenas um capricho do destino, o resultado de uma loteria cósmica cega. Como expliquei no capítulo 2, a probabilidade de a vida se formar apenas por um embaralhamento molecular aleatório é infinitesimal. Se foi assim que ela surgiu, isso terá acontecido apenas uma vez no universo observável.

Se for descoberta vida em Marte ou em outro lugar, e se pudermos ter certeza de que um processo de panspermia não é o responsável pela sua existência, então a doutrina de Monod do acaso, e a filosofia sombria e heróica que a acompanha, será desacreditada. Aqueles que acreditam que não estamos sozinhos no universo já rejeitam o acaso cego como uma explicação para a origem da vida. Supõem que um elemento de necessidade, ou de obediência à lei, esteja envolvido no processo. Em outras palavras, assumem que o surgimento da vida a partir de elementos químicos inertes é o resultado da elaboração normal de leis universais, e que se essas leis se cumprem produzindo vida aqui na Terra, também vão com toda a probabilidade produzir vida em outros planetas. É um ponto de vista claramente enunciado, por exemplo, pelo Conselho de Ciência Espacial da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos na sua avaliação do potencial de vida em Marte.8 “Dado que a vida surgiu na Terra, parece possível ou até plausível que a vida tenha surgido em Marte em condições semelhantes e mais ou menos na mesma época.”

A crença de que a vida deve ser comum em todo o universo, uma vez que existe na Terra, é às vezes chamada de determinismo ou predestinação.9 Parece difundida entre os astrônomos, os químicos e os físicos, mas é muito mais rara entre os biólogos. Ao pesar a importância relativa do acaso e da necessidade na origem da vida, a maioria dos biólogos se alinha ao lado de Monod, a favor do acaso como fator dominante. Mas há exceções. Christian de Duve, que como Monod também ganhou um Prêmio Nobel, acha que a formação da vida é inevitável e rápida nas condições apropriadas. O seu recente livro Poeira vital tem o subtítulo A vida como imperativo cósmico. De Duve acredita que o universo é um “viveiro” para a vida, e que essa surge como uma consequência automática das leis da natureza. “A vida é produto de forças deterministas”, escreve.10 “A vida estava fadada a surgir nas condições predominantes, e vai surgir da mesma forma em todo lugar e em todo período que apresentar as mesmas condições [...] A vida e a mente não surgem como o resultado de acasos estranhos, mas como manifestações naturais da matéria, inscritas no tecido do universo.”

Quais são, portanto, essas leis favoráveis à vida que aparentemente estimulam a matéria e a energia desordenadas a avançar rapidamente pelo caminho para a vida? Há algum princípio biológico especial em ação, ou são as leis comuns da física que realizam o truque? Historicamente, os dois pontos de vista foram sustentados. Aristóteles, por exemplo, propôs que a vida é a manifestação de um princípio organizador universal. Darwin também sugeriu que^11 “será mostrado doravante que o princípio da vida é parte ou consequência de alguma lei geral”. Acho que é justo dizer, entretanto, que alguns biólogos da atualidade acreditam que há leis da vida, assim como há leis da física. Muitos acham demasiado mística, com sugestões de vitalismo, a ideia de leis ou princípios especiais para guiar o desenvolvimento da matéria rumo ávida, sobrepondo-se às leis básicas da física.

Então, talvez os poderes necessários para produzir a vida já estejam implícitos nas próprias leis da física? Imagine-se a vida surgindo de uma sopa na mesma forma segura como um cristal surge de uma solução saturada, com a sua forma final predeterminada pelas forças interatômicas. Considere-se, por exemplo, o modo como os aminoácidos se ligam para formar os polpeptídios, a matéria das proteínas. Para ter função biológica, os aminoácidos devem ser ligados numa sequência adequada. Se eles se conectam em qualquer permutação primitiva, as chances de criarem uma proteína útil são desprezíveis. Mas, e se as forças interatômicas, que operam para forjar as ligações peptídicas, soubessem discriminar entre sequências diferentes? Talvez essas forças prefiram ligar os aminoácidos em combinações que venham a ser biologicamente úteis.

Às vezes é exatamente isso o que os pesquisadores afirmam. Gary Steinman e Marian Cole, que trabalhavam na Universidade do Estado da Pensilvânia na década de 1960, testaram relatos de que os aminoácidos poderiam formar cadeias peptídicas de um modo que era^12 “tudo menos aleatório”. Ao que parece, os seus experimentos confirmaram que são feitas preferencialmente as moléculas significativas para a vida. “Esses resultados sugerem a especulação de que sequências peptídicas únicas e biologicamente pertinentes podem ter sido produzidas prebioticamente”, escreveram. Steinman e Cole também notaram que “a interação preferencial foi igualmente observada em níveis mais elevados de organização”, chegando até a sustentar que “um tipo de ‘predestinação' embutida pode ser identificada em vários níveis de ordem biológica”.

Steinman e Cole sugerem que a matéria tem uma tendência inata a andar às cegas na direção da vida em virtude das afinidades químicas que agem entre os átomos e as moléculas. Eles não estão sozinhos. Sidney Fox também conclui que^13 “os aminoácidos determinam a sua própria ordem na condensação”, e que essa “auto-instrução” não aleatória impregna as macromoléculas com informações biológicas cruciais, pavimentando o caminho para a vida. O falecido Cyril Ponnamperuma, que, como Sidney Fox, foi um dos pioneiros na pesquisa da biogênese, acreditava que “há propriedades inerentes nos átomos e moléculas que parecem dirigir a síntese” na direção da vida.14 Ponnamperuma repete a linha de raciocínio familiar de que, estando os tijolos da vida difundidos no universo, a vida também deve estar por toda parte:15 “Os radioastrônomos têm descoberto um imenso arranjo de moléculas orgânicas no meio interstelar. Somos assim levados à conclusão inevitável de que a vida deve ser lugar-comum no cosmos”. (No capítulo 3, mostrei que esse argumento é totalmente furado; para lembrar a minha metáfora, só os tijolos não formam uma casa.)

Se imaginamos uma sopa de elementos químicos, e a quase infinita série de possíveis reações, haverá uma imensa árvore de decisões de possíveis arranjos moleculares. Apenas alguns raminhos diminutos na árvore vão conduzir à vida. Fox e Ponnamperuma sugerem que as afinidades químicas preferenciais servem para conduzir as moléculas participantes pelo caminho apropriado na árvore, até que se atinja a vida. Se isso fosse verdade, seria espantoso, para não dizer incrível. Afirmar que os processos atômicos incluem um viés embutido a favor dos organismos significa que as leis da física atômica contêm efetivamente um esquema para a vida. Haveria uma ligação entre as forças básicas que agem sobre os átomos, e o complicado produto macroscópico final — um organismo em funcionamento. Mas qual seria a natureza dessa ligação? Como podem as leis básicas da física “saber” sobre entidades complexas e carregadas de informação como as células vivas?

O cerne da minha objeção é o seguinte: as leis da física que operam entre átomos e moléculas são, quase por definição, simples e gerais. Não esperaríamos que elas sozinhas gerassem inexoravelmente algo tão altamente complexo e tão altamente específico. Vou tentar mostrar onde está o problema. No capítulo 4, mostrei que os genomas são mais ou menos sequências aleatórias de pares de bases, e que esse próprio caráter aleatório é essencial para que eles desempenhem o papel de moléculas ricas em informação que são capazes de evoluir. Mas esse fato contradiz categoricamente a afirmação de que os genes podem ser gerados por um processo simples, previsível e semelhante a uma lei. Como expliquei naquele capítulo, a lei é um meio de comprimir os dados algoritmicamente, para reduzir a aparente complexidade a uma simples fórmula ou procedimento. Inversamente, nenhuma lei simples pode gerar, sozinha, uma macromolécula aleatória e rica em informações. Uma lei da natureza, do tipo que conhecemos e amamos, não vai criar informações biológicas, ou na verdade não vai criar nenhuma informação. As leis comuns apenas transformam os dados de entrada em dados de saída. Podem embaralhar as informações, mas não podem criá-las. As leis da física, que determinam que átomos reagem com que átomos, e de que maneira, são algoritmica- mente muito simples; elas próprias contêm relativamente pouca informação. Consequentemente, elas não podem ser por si sós responsáveis pela criação de macromoléculas informacionais. Portanto, ao contrário da afirmação sempre repetida, a vida não pode estar “inscrita” nas leis da física — pelo menos, não em algo semelhante às leis da física que conhecemos no presente.

Se aceitamos que o genoma é aleatório e rico em informação, recorrer à química não aleatória para a geração da vida é uma clara contradição. A não-aleatoriedade é o oposto exato do que é necessário para produzir uma macromolécula aleatória. Todo o objetivo do código genético, por exemplo, é libertar a vida dos grilhões da ligação química não aleatória. Um genoma pode escolher a sequência de aminoácidos que deseja, sem pensar nas preferências químicas das moléculas. E consegue realizar essa proeza usando enzimas especiais designadas precisamente para passar por cima das tendências não aleatórias da química. É por essa razão que a vida se dá ao trabalho de ter informações codificadas e montagem mediada por software, via o contrato ácido nucléico-proteína. A vida não realiza a sua mágica obedecendo ao caráter direcional da química, mas enganando o que é quimicamente e termodinamicamente “natural”.

Sem dúvida, os organismos devem obedecer às leis da física e da química, mas essas leis são apenas incidentais à biologia. O seu papel principal é permitir a existência de um sistema lógico e infor- macional apropriado. Quando as reações químicas são fáceis e ter- modinamicamente favorecidas, a vida alegremente faz uso delas, mas se for preciso realizar uma química “não natural”, a vida dá um jeito de empregá-la. Fabrica os catalisadores necessários para desencadear estranhas reações, e produz moléculas energizadas apropriadas, às vezes em complicada combinação, para enfrentar os gradientes termodinâmicos. O passo-chave tomado no caminho para a biogênese foi a transição de um estado em que as moléculas seguem submissamente caminhos químicos terrenos, para aquele em que se organizam para forjar os seus próprios caminhos. A capacidade do controle de software de misturar elementos fundamentalmente diferentes, exemplificada no uso de um código genético, é a manifestação mais clara dessa transcendência. A vida opta por sair das restrições da química empregando um canal de controle de informações, que a libera para se elevar acima dos equívocos terrenos das interações atômicas e para criar um mundo novo e emergente de ação autônoma.

Uma vez compreendido esse ponto essencial, o verdadeiro problema da biogênese é claro. Desde os sucessos vertiginosos da biologia molecular, a maioria dos investigadores tem procurado o segredo da vida na física e na química das moléculas. Mas eles vão esperar em vão que a física e a química convencionais expliquem a vida, pois esse é um caso clássico de confundir o meio com a mensagem. O segredo da vida não reside na sua base química, mas nas regras lógicas e informacionais que explora. A vida tem sucesso exatamente porque foge aos imperativos químicos.

Devo mencionar que há uma curiosa brecha na minha argumentação. Vamos lembrar a discussão no capítulo 4 sobre complexidade algorítmica e sequências binárias. Se encontramos uma fórmula compacta que gera uma dada sequência, provamos obviamente que a sequência não é aleatória. Entretanto, se tentamos e não conseguimos encontrar uma fórmula, não provamos o contrário — que a sequência é definitivamente aleatória. É possível que nos tenha passado despercebida uma fórmula muito obscura que vai gerar uma dada sequência aparentemente aleatória. Na verdade, pode-se demonstrar que em geral não é possível provar a aleatoriedade.16 Traduzido para o problema da biogênese, isso significa que nunca podemos eliminar a possibilidade de que um genoma tenha sido gerado de um modo simples semelhante a uma lei, por exemplo, por leis da física inteligentemente armadas. Mas há um preço a pagar. Se assim fosse, significaria que a vida apenas parece complicada, mas é na realidade muito simples.

Há muitos exemplos na natureza de padrões enganosamente complicados. Alguns padrões que se formam espontaneamente podem parecer complexos ao olhar casual, mas revelam ter oculta uma simplicidade subjacente. Exemplos disso incluem formas que revelam um labirinto de meneios e entrelaçamentos, como as linhas da costa, as superfícies de montes de areia escorregadios e os anéis de Saturno. Muitas características naturais desse tipo podem ser acuradamente modeladas por um tipo de objeto geométrico conhecido como fractal. Os fractais parecem infinitamente irregulares e complexos, mas na realidade possuem uma propriedade matemática simplificadora chamada auto-similaridade. Grosso modo, um padrão auto-similar é aquele em que o grau de irregularidade é o mesmo em todas as escalas de comprimento. Em consequência, os fractais não requerem uma grande quantidade de informações para descrevê-los ou gerá-los.17 Um dos fractais mais famosos, o conjunto de Mandelbrot, que é frequentemente exibido em cores como uma forma artística, pode ser criado num computador por um algoritmo extremamente simples.18 Assim, muitos sistemas não biológicos que parecem exemplos de complexidade aleatória estão na verdade longe de ser aleatórios.

Será que a vida poderia ser assim: aparentemente complexa, mas na verdade muito simples, como um fractal, e portanto o produto de um processo simples que obedece a leis? Não é necessário supor que toda a vida seja simples: apenas a primeira coisa viva. Tendo uma lei incitado o surgimento da vida, a evolução darwi- niana poderia então acrescentar a complexidade irredutível. Pessoalmente não acredito nisso, entre outras razões porque requer uma visão da natureza incrivelmente planejada. Afirmar que existe realmente “um código dentro do código”, gerando criaturas vivas a partir de fórmulas simples em certas condições, é demasiado forçado.

É DARWINISMO AO LONGO DE TODO O PROCESSO?

Na seção anterior, argumentei que, excetuando uma estrutura astuciosa em que a vida seja realmente simplicidade com a máscara de complexidade, as leis físicas normais não podem sozinhas pôr a vida em funcionamento. Todavia, isso não significa que todas as formas de determinismo biológico estejam fadadas ao insucesso desde o início. Ainda poderia ser que a vida fosse inevitável, ou pelo menos fortemente favorecida, dadas as condições apropriadas. Alguns cientistas sugerem uma forma mais fraca e mais crível de determinismo biológico. Christian de Duve, por exemplo, vê o acaso desempenhando um papel, mas um acaso moderado por várias restrições físicas que impõem uma direcionalidade geral — com a vida como destino previsível. Essas restrições, embora rigorosas, não são tão específicas a ponto de ditar os detalhes exatos da síntese química. Pelo contrário, De Duve compara a situação à água que flui obrigatoriamente de uma cratera para uma ravina, tendo a sua direção geral predeterminada pela conformação da paisagem. Assim ele se sente capaz de escrever:'9 “O surgimento da vida foi o resultado de processos altamente deterministas, virtualmente fadados a ocorrer em certas condições físico-químicas que então prevaleciam”.

Há também as ideias de Stuart Kauffman, que discuti no capítulo 5. Kauffman não afirma que haja um esquema preexistente para a vida, apenas uma propensão para que a complexidade organizada surja nas condições adequadas. Assim a vida talvez não seja uma surpresa afinal: “Uma esperada propriedade coletiva de sistemas complexos”, é a sua maneira de defini-la.20 Ele acha que “os caminhos para a vida são muitos, e sua origem é profunda, embora simples”. Segundo a teoria de Kauffman, não existe nenhum objetivo final específico codificado nos princípios da auto-organização, nenhum micróbio marcado, apenas uma tendência geral para o tipo de estados complexos que são provavelmente capazes de conduzir à vida.

Por mais atraentes que sejam esses argumentos, ainda ficamos com o mistério da proveniência da informação biológica. As objeções que apresentei na seção anterior continuam válidas. Se as leis normais da física não podem injetar informação, e se estamos eliminando os milagres, então como pode a vida ser predeterminada e inevitável em vez de um acaso estranho? Como é possível gerar complexidade aleatória e especificidade juntas de um modo que obedece a leis? Sempre voltamos a esse paradoxo básico.

Acho que há uma solução para esse problema, mas é radical. É uma solução que muitos cientistas relutam bastante em considerar. Todavia, quanto mais penso sobre o problema da biogênese, mais sinto que não podemos deixar de adotar algo semelhante. Vou apresentar um esboço do que tenho em mente. No capítulo 2, mencionei que Schrödinger estava tão perplexo a respeito da vida a ponto de sugerir “um novo tipo de lei física”. Acho que Schrödinger estava na pista certa. Entretanto, não precisamos de outra lei da física. Devemos olhar para outro lugar. Mas onde?

Dois campos de pesquisa oferecem pistas tantalizantes. O primeiro é a teoria da complexidade. Já mencionei o trabalho afim de Kauffman sobre redes químicas e ciclos autocatalíticos. Nos últimos anos, tem-se trabalhado muito sobre o estudo dos sistemas complexos em geral. Muitos investigadores chegaram à conclusão de que há princípios matemáticos universais regendo o modo como esses sistemas se comportam. Essas “leis” não podem ser derivadas das leis subjacentes da física, porque elas não são leis físicas no sentido habitual. Em vez disso, elas provêm da estrutura lógica do sistema, e dependem só indiretamente das forças físicas envolvidas. Por essa razão, esses sistemas podem ser facilmente modelados como “jogos” nos computadores. Muitos desses modelos construídos pelo computador exibem qualidades extraordinariamente parecidas com a vida; um deles é até chamado de O jogo da vida.21 Há atualmente um campo de pesquisa em expansão conhecido como “vida artificial” baseado nesses modelos de computador.22 A esperança de muitos teóricos da complexidade é que algum tipo de processo físico auto-organizador faça um sistema físico ultrapassar um certo limiar de complexidade, ponto em que começariam a se manifestar essas novas “leis da complexidade”, conferindo ao sistema uma eficácia exagerada para se auto-organi- zar e autocomplexificar. O resultado seria uma série de transições que forçam o sistema a subir abruptamente a escada da complexidade. Obedecendo a essas leis, o sistema poderia ser rapidamente dirigido para a vida. Sendo correto, isso significaria que, mais do que inscrita nas leis da física, a vida está embutida na lógica do universo.

A minha opinião é que as novas leis da complexidade oferecem a esperança razoável de uma melhor compreensão não só da biogênese, mas também da evolução biológica. Essas leis talvez difiram das leis familiares da física num aspecto fundamental e importante. Enquanto as leis da física apenas embaralham as informações, uma lei da complexidade pode realmente criar informação, ou pelo menos arrancá-la do ambiente e gravá-la numa estrutura material.23 Isso representaria um afastamento importante da tradicional visão reducionista do mundo, em que as forças agem entre partículas inertes da matéria, e a informação é tratada como um conceito secundário e derivado. A minha proposta significa aceitar que a informação é uma quantidade física genuína que pode ser negociada por “forças informacionais”, assim como a matéria pode ser movida pelas forças físicas. Também significa aceitar a complexidade como uma variável física, com real eficácia causal, e não como uma simples descrição qualitativa do grau de complicação de um sistema. Acredito que só pela ação de uma lei informacional poderia ter surgido o canal de informação, ou controle de software, associado com o código genético (ver p. 137).

Talvez eu tenha feito a minha proposta parecer mais radical do que é. A ideia de leis informacionais ou de software não é assim tão nova. Muitos outros investigadores têm sugerido algo semelhante. Por exemplo, Manfred Eigen escreveu:24 “Nossa tarefa é encontrar um algoritmo, uma lei natural que conduza à origem da informação”. Embora reconhecendo o papel crucial desempenhado pelo darwinismo molecular, Eigen e seus colegas ainda assim veem a necessidade de ele ser ampliado por outros processos físicos, que podem ser uma fonte adicional de informação biológica.25

Discuti pela primeira vez a ideia de “leis de software” alguns anos atrás em meu livro The cosmic blueprint. Nessa obra, considerei que as novas leis são coerentes com as leis subjacentes da física, mas não redutíveis a elas. Quando comecei a escrever o presente livro, não achava que essas leis fossem necessárias para explicar abiogênese. Ao contrário, supunha que fosse um caso de “darwinismo ao longo de todo o processo”. Impressionado pelo trabalho de laboratório na fabricação de moléculas replicadoras, e pela aparente facilidade com que tijolos orgânicos simples podem se formar, eu achava plausível que o acaso sozinho pudesse produzir uma pequena molécula replicadora com bastante rapidez. Depois disso, a evolução molecular assumiria o controle da situação, conduzindo o sistema num ritmo constante em direção à vida celular. Tendo estudado as muitas variantes disponíveis dessa teoria, sou agora muito mais cético. Parece-me muito improvável que baste que aconteça a reação química correta ou que apareça a molécula adequada. Acredito que um progresso real no mistério da biogênese não será feito por meio da química exótica, mas por algo conceitualmente novo.

Uma mistura de darwinismo molecular e leis de complexidade organizacional poderia proporcionar um passo avante. Nesse roteiro, moléculas replicadoras relativamente pequenas se formam por acaso e começam a evoluir por meios darwinianos, mas o processo é às vezes ajudado, e até dominado, pelos princípios organizacionais que conferem especificidade e informação.26 Esses princípios organizacionais servem para amplificar enormemente a seletividade do processo evolucionário, e levam a saltos repentinos de complexidade em lugar do avanço incremental esperado da evolução darwiniana agindo sozinha.

A segunda linha de investigação, que pode ter ou não uma relação com a biogênese, é bastante mais especulativa. Envolve a mecânica quântica, a teoria que descreve o comportamento estranho da matéria em nível atômico. A maioria dos bioquímicos e biólogos moleculares ignora a mecânica quântica. Os átomos e as moléculas são tratados como pequenos tijolos que se unem em formas variadas, mas a realidade do micromundo é muito mais sutil. Para começo de conversa, há a famosa dualidade onda-partícula: um átomo tem aspectos semelhantes a ondas e a partículas. Significativamente, a onda pode ser identificada com a informação ou software, porque descreve o que é conhecido sobre o sistema. Por outro lado, o átomo tratado como partícula corresponde ao hardware. Quando uma medição quântica é realizada, a onda “entra em colapso” — muda de repente—porque o conhecimento do sistema muda. Mas isso, por sua vez, influi no subsequente comportamento da partícula.27 Há uma espécie de entrelaçamento hardware-software na mecânica quântica. A informação (ou o conhecimento) tem um poder causativo descendente. Assim, uma teoria física da ciência convencional tem no seu cerne a informação, que ela entrelaça intimamente com a matéria. Além disso, as forças interatômicas que formam as moléculas biológicas como as proteínas e os ácidos nucléicos têm, na verdade, uma natureza quântica. Seria algum tipo de processo organizador quântico o que precisamos para explicar a origem das macromoléculas informacionais?

Evidências que sustentam essa conjectura vêm de uma direção inusitada. No seu famoso livro, Erwin Schrödinger propôs que a unidade da hereditariedade é “um cristal aperiódico”. Com isso ele queria dizer uma estrutura molecular suficientemente estável para reter a sua forma, mas complexa o bastante para armazenar muita informação. Um cristal periódico normal tem estabilidade, mas baixo conteúdo algorítmico de informação (ver capítulo 5). A ideia de Schrödinger se revelou profética. Uma molécula de DNA tem estabilidade estrutural (embora não seja perfeita — a preservação da informação requer o uso de processos de revisão e edição). A aperiodicidade surge do fato de a sequência das bases ser na sua maior parte aleatória e, portanto, rica em informação — um ponto de que tratei extensamente.

Alguns anos atrás, os químicos ficaram surpresos com a descoberta de um tipo bastante diferente de cristal aperiódico, chamado quase-cristal. Os quase-cristais possuem uma curiosa simetria quíntupla; isto é, eles parecem o mesmo quando submetidos a uma rotação de 72°. Entretanto, ao contrário dos cristais normais, eles não são periódicos. Na verdade, pode-se provar que o padrão de átomos nunca se repete.

A razão de os quase-cristais surgirem como uma surpresa remonta à geometria simples. É sabido que se pode ladrilhar uma parede com triângulos, quadrados e hexágonos, mas não com pentágonos. Os pentágonos não servem para marchetar — deixam lacunas. Assim a simetria quíntupla não permite um padrão repetitivo simples. Entretanto, num famoso teorema, Roger Penrose provou que uma parede infinita pode ser marchetada com uma simetria quíntupla usando dois ladrilhos de formas diferentes — um rombo grosso e um rombo fino.28 Os quase-cristais são um análogo tridimensional do padrão de ladrilhos de Penrose que ocorre na natureza. O próprio Penrose tem sugerido que a existência dos quase-cristais apresenta um enigma, em vista de sua natureza aperiódica. Um cristal periódico normal pode crescer átomo por átomo, porque forma uma estrutura repetitiva regular, mas um quase-cristal requer algum tipo de organização de longo alcance para assegurar que os pedaços certos se encaixem nos lugares certos. Penrose acha que aspectos sutis da mecânica quântica, e até da gravidade quântica, podem desempenhar um papel nessa organização geométrica.

Devido à sua simetria quíntupla, um quase-cristal tem muito pouca informação armazenada na sua orientação, mas uma quantidade ilimitada na sua sequência linear aperiódica. Ele assim combina algo da ideia de Cairns-Smith dos cristais impuros, e algo da ideia de Schrödinger de uma molécula em cadeia aperiódica.

Como o D NA, os quase-cristais parecem à primeira vista “objetos impossíveis”, com enorme complexidade algorítmica. Porém, de algum modo a mecânica quântica permite que venham a existir. Não estou sugerindo que os quase-cristais sejam possíveis genomas (no entanto, quem sabe?), apenas que o seu estudo talvez elucide como a mecânica quântica pode organizar a formação de estruturas físicas complexas com alta capacidade de armazenamento de informações.29

Um outro indício de que a mágica quântica poderia estar em ação na administração da informação biológica provém do estudo muito em voga da computação quântica.30 Tem-se demonstrado que um computador quântico pode tornar tratáveis alguns problemas computacionalmente intratáveis (por exemplo, o problema do caixeiro-viajante que mencionei na página 144), sugerindo mais um vez que um “objeto” computacionalmente “impossível”, como um genoma algoritmicamente aleatório, poderia ser produzido com bastante facilidade por processos quânticos, ainda que isso exigisse uma longa e tortuosa evolução pelos meios clássicos.

Admito que as ideias que examinei superficialmente nesta seção são altamente conjecturais, mas o próprio fato de o problema da biogênese estimular essa especulação sublinha como é persistente esse mistério. Apesar disso, o pressuposto de que a vida é um fenômeno cósmico fundamental, predestinado a se desenvolver sempre que as condições o permitirem, continua muito difundido. Poucos defensores da tese “a vida vai surgir” avaliam plenamente as implicações arrebatadoras do que estão propondo. O pensamento determinista, mesmo nas formas mais fracas de Kauffman e de De Duve, representa um desafio fundamental para o paradigma científico existente. Na verdade, é o suficiente para fazer a maioria dos biólogos estremecer. Apesar de os deterministas biológicos negarem fortemente que haja qualquer desígnio real, ou objetivo preordenado, envolvido nas suas propostas, a ideia de que as leis da natureza possam ter um viés a favor da vida, embora não contradiga a doutrina do darwinismo, certamente ofende o seu espírito. Volta a introduzir um elemento de teleologia na natureza, um século e meio depois de Darwin o ter banido. Para muitos cientistas, o determinismo biológico equivale a um milagre no manto da natureza. Claro que isso não o torna errado. Ainda poderia ser verdade! A vida poderia realmente estar fadada a acontecer, sempre que as condições são apropriadas. Mas se assim é, as consequências serão certamente profundas.

Durante trezentos anos, a ciência se baseou no reducionismo e no materialismo, o que conduz inevitavelmente ao ateísmo e a uma crença na falta de sentido da existência física. Um universo favorável à vida marcaria uma mudança decisiva. O significado portentoso foi expresso eloquentemente por De Duve.31 “Da perspectiva do determinismo [...]”, escreve, “não vejo este universo como uma ‘piada cósmica’, mas como uma entidade cheia de sentido — criado de maneira a gerar a vida e a mente, fadado a dar à luz seres pensantes capazes de discernir a verdade, apreender a beleza, sentir o amor, desejar o bem, definir o mal, experimentar o mistério.”

UMA ESCADA DE PROGRESSO?

Na história da ciência, nenhuma ideia golpeou tão profundamente a autoestima da humanidade quanto a teoria da evolução de Darwin. O próprio confronto público entre Darwin e a Igreja cristã constitui um exemplo clássico de como pode ser doloroso quando os desenvolvimentos científicos mudam fundamentalmente a base conceituai sobre a qual construímos nossas teorias da natureza. Hoje a evolução é quase universalmente aceita; até o papa já lhe deu a sua bênção. Todavia, nos salões quietos da academia uma sombra da antiga batalha ainda está sendo travada. Não tem atraído muita atenção, e poucos teólogos participam da luta, mas em termos de seu significado filosófico essas escaramuças modernas são tão importantes quanto a luta no século XIX entre Darwin e Wilberforce.

Hoje o problema em questão não é saber se a vida evoluiu gradativamente ao longo de bilhões de anos — a evidência desse fato é esmagadora —, mas se há alguma tendência na maneira dessa evolução. No século XIX, estava em voga considerar que a vida se desenvolvia ao longo de um caminho ascendente. A vida primitiva, dizia-se, “aperfeiçoou-se” lentamente e mudou para formas cada vez mais elaboradas e sofisticadas, culminando no Homo sapiens, com a nossa muito celebrada inteligência e poderes de raciocínio. Vista dessa maneira, a evolução era menos um caminho sinuoso que uma escada de progresso, conduzindo sempre para cima, dos micróbios ao homem. Sem dúvida, a escalada nessa escada tem sido brutal e devastadora, pois a seleção natural exige o seu tributo, mas nessa tendência progressiva havia uma glória austera e uma condição especial para a humanidade.

A imagem de uma escada evolucionária de progresso continua a ser um símbolo potente, ainda adotado subconscientemente por muitos cientistas e leigos, sem que se avaliem os profundos pressupostos metafísicos que o acompanham. Se a evolução é realmente progressiva, não só as leis da natureza estariam armadas a favor da criação da vida, como também estariam armadas a favor de seu progresso.

Os opositores da biologia “progressiva” combatem a ideia por várias razões. Primeiro apontam que ela implica um julgamento de valor, o de que os humanos são de certo modo “melhores” do que os macacos ou os sapos. Adjetivos como mamíferos “mais elevados” ou vertebrados “inferiores”, que refletem o pensamento tradicional da escada-de-progresso, traem esse viés e são considerados politicamente incorretos. Exatamente o que existe nos humanos, perguntam os críticos, que os torna um aperfeiçoamento em relação a outros organismos? Em termos numéricos, os micróbios ganham facilmente. Se o critério-chave é o sucesso da adaptação, os supermicróbios são extremamente peritos em lidar com o estresse ambiental. Os humanos, é claro, têm inteligência elevada. Isso nos torna um sucesso quando se considera o Ql, mas somos nadadores sofríveis e não sabemos voar. Se decidimos que é a inteligência o que importa, estamos inegavelmente no topo da escada. Mas não será apenas um caso de chauvinismo? Nós próprios selecionamos o critério que nos coloca no topo. Decidimos nosso lugar favorecido e erigimos uma escada abaixo de nós. Olhando para baixo, não é surpreendente que os degraus inferiores estejam cheios de precursores menos inteligentes. Mas e daí? A inteligência é melhor em qualquer sentido absoluto do que, digamos, a visão ou a audição, qualidades apenas moderadamente bem desenvolvidas nos humanos?

Essas dificuldades tornaram “progresso” uma palavra inaceitável para os biólogos. Entretanto, ainda é possível que alguma propriedade dos organismos — uma qualidade de caráter mais culturalmente neutro — apresente uma tendência geral “para cima” ao longo do tempo. Sugere-se frequentemente que a complexidade seja essa propriedade. Não se pode negar que a biosfera em geral é muito mais complexa hoje do que era há 3 bilhões de anos. É também claro que hoje os organismos mais complexos têm uma complexidade muito maior do que os organismos mais complexos no passado remoto. Sem dúvida, não tem sido inteiramente uma marcha ascendente ininterrupta. De tempos em tempos ocorrem aniquilações catastróficas, talvez devidas a impactos de asteroides, resultando na eliminação da maioria das espécies em todo o planeta. Esses episódios certamente reduzem a complexidade biológica de forma dramática. Mas (até agora) ela sempre voltou a crescer com renovado vigor. A nossa impressão é que a vida, quando tem permissão de florescer, entra numa escada rolante de crescimento, preenchendo todo nicho disponível, explorando novas e melhores possibilidades, desenvolvendo formas cada vez mais elaboradas.

Esse avanço sistemático em complexidade organizada é tão extraordinário que tem a aparência de uma lei da natureza. Concorda confortavelmente com o pensamento cosmológico recente, que vê o universo como um todo que cresce em complexidade desde o Big Bang. Uma avaliação mais cuidadosa, entretanto, revela sérios problemas nesse quadro simples. Em primeiro lugar, os princípios do darwinismo eliminam a noção teleológica da vida lutando para se aperfeiçoar. A evolução darwiniana funciona aplicando o filtro da seleção natural à variação cega num padrão “momento a momento”, guardando as boas mudanças e rejeitando as más. Não há nenhum mecanismo para previsões nesse paradigma, nenhum meio de que uma marcha sistemática rumo a um fim predeterminado possa ser posta em andamento. Se a maior complexidade contribui para a sobrevivência no momento em questão, e apenas nesse momento, ela é selecionada. Se não, é rejeitada.

Em segundo lugar, há muitos exemplos de organismos que se tornaram menos complexos com o passar do tempo, como os peixes que habitam as cavernas escuras e perderam o uso de seus olhos. Não há aí surpresa. Pode haver circunstâncias em que demasiada complexidade seja certamente um incômodo. Órgãos redundantes podem impedir a sobrevivência em condições ascéticas, ou se revelar um excesso de bagagem quando tudo funciona a contento. Um exemplo clássico de retrocesso biológico é o monstro de Spiegel- man que discuti no capítulo 5. Ali o RNA alimentado artificialmente se reduziu a uma fração de seu tamanho virótico original, para se replicar mais rapidamente.

Quando se trata do registro fóssil, os dados geralmente sustentam a afirmação de que a complexidade biológica geral aumenta com o tempo. Enquanto algumas espécies ficam mais simples, outras se tornam mais complexas. Mas, excluindo as catástrofes globais, a média aumenta. Entretanto, devemos ter cuidado com a noção de média. A vida começou com micróbios simples. Se devia prosseguir em alguma direção, seria inevitavelmente na direção de maior complexidade. Segundo o darwinismo, a evolução tem o caráter de uma caminhada aleatória pelo reino das possibilidades biológicas, um andar às cegas e sem direção. Se começarmos de um estado inicial especialmente simples, é provável que até uma excursão aleatória vá nos conduzir na direção de maior complexidade, pelo menos no princípio.

Stephen Jay Gould explicou muito bem esse ponto usando a analogia de um bêbado encostado numa parede de tijolos, que então começa a tropeçar cegamente ao redor e acaba caindo na sarjeta.32 O bêbado não alcança a sarjeta por estar à sua procura e movendo-se metodicamente na sua direção. Na verdade, ele está cambaleando ao redor aleatoriamente: a qualquer dado momento, é tão provável que o bêbado se mova em direção à parede como para longe dela. A questão é que, como a parede limita o seu movimento numa das direções, é obviamente provável que em média ele vá se manter um pouco afastado da parede, e no momento oportuno depare com a sarjeta apenas por acaso. Gould aponta que há um limite para o grau de simplicidade que um organismo pode apresentar e ainda ser considerado vivo: isso corresponde à parede. Se a vida na Terra começou “na parede”, isto é, com as células mais simples, e depois evoluiu ao acaso, a complexidade média aumentaria inevitavelmente, à medida que a distribuição se espalhasse de modo assimétrico (ver Figura 10.1(a)). Mas Gould nos alerta contra interpretar essa simples difusão como uma tendência sistemática. Ele afirma que ela nada mais é do que a exploração aleatória das possibilidades disponíveis.

Acho que Gould tem toda razão. Se o aumento em complexidade ao longo do tempo é apenas o resultado de um afastamento aleatório da simplicidade, não pode ser considerado uma direcio- nalidade que obedece a uma lei. Para se qualificarem como tendência genuína, os dados teriam de se assemelhar à Figura 10.1(b). Se existe na evolução uma tendência real que seja algo mais que uma caminhada bêbada, é uma questão que cabe à investigação científica decidir. Assim, quais são os fatos? É (a) ou (b)?

Infelizmente a situação não é fácil de investigar. Organismos maiores e mais complexos tendem a ser visíveis, por isso lhes conferimos um status que os micróbios não têm. Mas como Gould enfatizou, a maior parte da vida sobre a Terra é microbiana. A chamada vida avançada é realmente um rabo na distribuição, e devemos tomar cuidado para não deixar que o rabo abane o cachorro. Por outro lado, os microbiologistas acreditam que até os micróbios são razoavelmente bem evoluídos. Sem dúvida, o micróbio mais “primitivo” de nossos dias é ainda mais complexo do que a primeira célula viva. Assim, embora a maior parte da vida sobre a Terra esteja “empacada” no nível dos micróbios, mesmo dentro dessa classe parece ter havido uma tendência geral em direção à complexidade. No caso da vida multicelular, o modo mais direto de verificar isso — um exame do registro fóssil — é infelizmente um tanto ambíguo. O próprio registro é fragmentário. Há, por exemplo, uma tendência para maior complexidade no modo como o tamanho do cérebro dos primatas aumentou com o tempo. Contra esses dados, Gould cita o trabalho de Dan McShea, do Instituto de Santa Fé para o Estudo da Complexidade, que não consegue encontrar nenhuma tendência geral para a complexidade na coluna vertebral.33 Em geral, a evidência de um avanço sistemático da complexidade é, na melhor das hipóteses, desconexo. O veredicto ainda está em aberto.

Sem dúvida, a analogia da caminhada bêbada só é relevante quando se espera que a evolução seja aleatória. Richard Dawkins tem enfatizado^34 que, embora as mutações individuais sejam geralmente aleatórias, a seleção natural é tudo menos aleatória. A seleção elimina aqueles organismos menos favoravelmente adaptados às suas circunstâncias e recompensa aqueles que são mais bem adaptados, o que inevitavelmente cria uma tendência na direção da melhor adaptação. Mas a melhor adaptação pode envolver complexidade crescente ou não. A definição de “organismo mais bem adaptado” vai variar de qualquer maneira, dependendo das circunstâncias ambientais mutáveis. Não existe nenhum organismo “mais bem adaptado” preordenado, nenhuma adaptação ótima, e nenhum “objetivo” fixo para o qual a seleção natural dirija a evolução. É provável que qualquer direcionalidade na adaptação implique um processo de ajuste temporário, sem fazer parte de uma tendência geral.

A maioria dos biólogos acha que qualquer crescimento de complexidade pode ser satisfatoriamente explicado pelo efeito da caminhada bêbada. Há suspeitas, entretanto, de uma agenda ideológica oculta. Gould não faz segredo do fato de que acha que a complexidade está sendo usada como substituto para progresso, que ele considera um conceito “nocivo” por razões ideológicas. Assim ele escreve:35

Acredito que os estudiosos mais instruídos da história da vida sempre sentiram que o registro fóssil não consegue fornecer o ingrediente mais desejado para o conforto ocidental: um sinal claro de progresso, medido como uma forma de complexidade constantemente crescente para a vida em geral ao longo do tempo.

Mas Gould não quer saber dessa visão confortável e percebe uma magnificência irônica na falta de sentido da vida:36

Somos os gloriosos acidentes de um processo imprevisível sem nenhum impulso para a complexidade, e não os resultados esperados de princípios evolucionários que desejam produzir uma criatura capaz de compreender o modo de sua própria construção necessária.

A crença na complexidade progressiva é, segundo Gould, uma relíquia nostálgica do sentimentalismo pré-darwiniano, com suas ideias turvas de desígnio sobrenatural. Tendo banido da biosfera a mão orientadora de Deus há um século e meio, os biólogos se mostram compreensivelmente relutantes a deixá-la voltar sob o disfarce de uma lei da natureza.

Mais uma vez concordo com Gould. Uma tendência de complexidade crescente revelaria evidências de propósito no universo. Sem dúvida, se houvesse essa tendência, ela não impediria a existência de um papel igualmente importante para o acaso. A questão seria então determinar precisamente quais características biológicas são o resultado do acaso, e quais se poderia esperar como parte da tendência. É difícil imaginar que detalhes secundários, como o número de dedos ou a existência de sobrancelhas, pudessem ser a manifestação direta de uma lei fundamental. Por outro lado, a arquitetura essencial dos organismos multicelulares bem poderia ser o produto de certos princípios matemáticos de organização. Na minha opinião, é o que deve vir a ser o caso. Mas vou deixar De Duve ter a última palavra sobre o assunto. Ele sugere que, uma vez retirada da árvore da vida a sua elaborada copa de folhagem:37 “A estrutura do tronco, com sua ascensão progressiva rumo a maior complexidade, é claramente evidente”.

A MENTE É PREDESTINADA

O universo inventou um meio de conhecer a si próprio.

Alan Dressler^38

De todas as estruturas complexas produzidas pela biologia terrestre, nenhuma é mais significativa que o cérebro, o mais complexo de todos os órgãos. Os cérebros são apenas acasos aleatórios da evolução, ou são produtos secundários inevitáveis de um processo de complexificação segundo uma lei? Há um pressuposto, comumente adotado, de que, se surgir em outros planetas, a vida vai se equiparar à vida terrestre no seu desenvolvimento evolucionário. Os defensores do SETI, a busca de inteligência extraterrestre, afirmam que ao longo de bilhões de anos a vida extraterrestre vai se tornar complexa a ponto de formar plantas e animais, e finalmente descobrir o conhecimento e a inteligência, exatamente como aconteceu em nosso planeta. Em pelo menos uma fração dos planetas habitados, sustentam, a vida inteligente vai avançar até o ponto da tecnologia, e algumas dessas comunidades tecnológicas até podem estar tentando se comunicar conosco por meio de sinais de rádio. Assim, os pesquisadores do SETI geralmente endossam o conceito da escada de progresso, aceitando que não apenas a vida, mas também a mente está de certa forma predestinada a surgir no universo.

Esse ponto de vista, embora predominante, oculta mais uma vez um imenso pressuposto sobre a natureza do universo. Significa aceitar, na realidade, que as leis da natureza não estão armadas só a favor da complexidade, nem só a favor da vida, mas também a favor da mente. Para me expressar dramaticamente, isso implica que a mente está inscrita nas leis da natureza de maneira fundamental. É portanto altamente significativo, sem dúvida alguma, que os produtos da tendência da natureza a se tornar complexa — seres inteligentes como o Homo sapiens — sejam capazes de compreender as próprias leis que deram origem à“compreensão” em primeiro lugar.

É uma visão inspiradora. Mas será crível? Podemos acreditar que o universo é não só favorável à vida, mas também favorável à mente? Em 1964, o biólogo George Simpson escreveu um ensaio cético intitulado^39 “Sobre a não-prevalência dos humanóides”, em que enfatizava a futilidade da busca de vida extraterrestre avançada. Ele a chamava “uma aposta nas probabilidades mais adversas da história”. Apontando que os humanos são o produto de inúmeros acasos históricos, concluía: “É falso o pressuposto, tão liberalmente assumido por astrônomos, físicos e alguns bioquímicos, de que, uma vez iniciada a vida em qualquer lugar, os humanóides vão acabar inevitavelmente aparecendo”. Num recente debate com o defensor do SETI Cari Sagan, o biólogo Ernst Mayr ecoou o ceticismo de Simpson:40 “Sobre a Terra, entre m ilhões de linhagens ou organismos e talvez 50 bilhões de casos de especiação, apenas um conduziu à inteligência elevada. Isso me faz acreditar na sua completa improbabilidade”.

Stephen Jay Gould denuncia da mesma forma a noção de que a vida está destinada a produzir a mente. Vamos imaginar, diz ele, que alguma catástrofe tivesse eliminado toda a vida avançada da terra, deixando apenas os micróbios. Se repassássemos o drama evolucionário, o que aconteceria? Esperaríamos encontrar um padrão de desenvolvimento semelhante em linhas gerais, com os peixes, os vertebrados, os répteis, os mamíferos e os bípedes inteligentes voltando a aparecer? Nada disso, conclui. A história da vida na Terra é uma loteria gigantesca, com muito mais perdedores que vencedores. Contém tantos acasos do destino, tantas singularidades arbitrárias, que tornam o padrão de mudança essencialmente aleatório. Os milhões de passos fortuitos que constituem a nossa linhagem certamente nunca aconteceriam pela segunda vez, mesmo em linhas gerais. A história “criaria outro caminho”, de modo que “a imensa maioria dos dramas repassados nunca produziria [...] uma criatura com consciência de si mesma”, escreve.41 “As chances de que esse conjunto alternativo [isto é, o drama repassado] contenha qualquer coisa remotamente semelhante a um ser humano, devem ser efetivamente nulas.”

É difícil encontrar falhas na lógica da argumentação de Simpson e Gould. Se a evolução nada mais é do que uma loteria, uma caminhada bêbada, há pouca razão para que a vida vá além do nível dos micróbios, e nenhuma expectativa de que vá avançar obrigatoriamente para a inteligência e a consciência, ainda menos de que vá desenvolver características humanoides. Devemos então ser forçados a concordar com a conclusão melancólica de Monod de que^42 “o homem por fim sabe que está sozinho na imensidão insensível do universo, da qual emergiu apenas por acaso”. Apenas se houvesse algo mais que o puro acaso, apenas se a natureza tivesse um viés engenhosamente embutido para a vida e a mente, esperaríamos ver algo semelhante ao impulso de desenvolvimento que ocorreu na Terra repetido em outros planetas.

A busca de vida em outros lugares no universo é, portanto, a arena de teste para duas visões de mundo diametralmente opostas. Num lado, está a ciência ortodoxa, com a sua filosofia niilista do universo sem sentido, de leis impessoais esquecidas dos fins, um cosmos em que a vida e a mente, a ciência e a arte, a esperança e o medo, são apenas adornos incidentais caprichosos numa tapeçaria de corrupção cósmica irreversível. No outro lado, há uma visão alternativa, inegavelmente romântica, mas talvez ainda assim verdadeira. É a visão de um universo que cria sua própria organização e complexidade, regido por leis engenhosas que estimulam a matéria a evoluir para a vida e a consciência. Um universo em que o surgimento de seres pensantes é parte fundamental e integral do esquema global das coisas. Um universo em que não estamos sozinhos.

Notas

PREFÁCIO [pp. 11-24]

1. The black cloud de Fred Hoyle (Harmondsworth: Peguin, 1960).

2. “The probability of the existence of a self-reproducing unit” de Eugene Wigner in The logic of personal knowledge, ed. anônimo (Londres: Routledge & KeganPaul, 1961),p. 231.

3. What is life? de Erwin Schrödinger (Cambridge: Cambridge University Press, 1944).

4. Ainda assim, o trabalho de Carter tem sido amplamente discutido na literatura. Ver, por exemplo, The anthropic cosmological principle de John Barrow e Frank Tipler (Oxford: Clarendon Press, 1986).

5. “The anthropic principle and the structure of the physical world” de B. Carr e M. J. Rees, Nature 278,605 (1979).

6. Ver, por exemplo, Steps towards life de Manfred Eigen (trad. P. Woolley; Oxford: Oxford University Press, 1992) e Vital dustde Christian de Duve (Nova York: Basic Books, 1995). O característico tom otimista de grande parte dos comentários sobre a biogênese pode ser discernido na seguinte citação: “Não há razão para duvidar que vamos descobrir, uma a uma, todas as etapas na evolução física e química. Podemos até reproduzir as etapas intermediárias no laboratório [...] Temos o direito de ser otimistas”. “The origin, evolution, and distribution of life in the universe” de Cyril Ponnamperuma in Cosmic beginnings and human

ends, editado por Clifford Matthews e Roy Abraham Varghese (Chicago: Open Court, 1993).

7. Os teólogos empregam a expressão “deus-das-lacunas” para indicar as tentativas de explicação das lacunas na compreensão científica da natureza pela invocação de uma ação divina seletiva.

8. The mind of God de Paul Davies (Londres e Nova York: Simon & Schuster, 1992).

9. Are we alone? de Paul Davies (Londres/Nova York: Penguin/Basic Books, 1995).

1. O SIGNIFICADO DA VIDA [pp. 25-53]

1. Chance and necessity de Jacques Monod (trad. A. Wainhouse; Londres: Collins, 1972), p. 167.

2. Life itself: its nature and origin de Francis Crick (Nova York: Simon & Schuster, 1981), p. 88.

3. Yorro Yorro de David Mowaljarlai e Jutta Malnic (Austrália do Oeste: Magabala Books, Broome, 1993), capítulo 23.

4. Quem propôs pela primeira vez a teoria da descendência comum foi, na verdade, o avô de Charles Darwin, Erasmus Darwin, in Zoonomia, or the laws of organic life (Londres, 1794).

5. New Scientist, 10 de fevereiro de 1996, p. 26.

6. Life’s grandeur de Stephen Jay Gould (Londres: Jonathan Cape, 1996), capítulo 14. Vou retomar a esse tópico no capítulo 10.

2. CONTRA A MARÉ [pp. 54-77]

1. “A psalm of life” de H. W. Longfellow.

2. The nature of the physical world de A. S. Eddington (Cambridge: Cambridge University Press, 1928), p. 74.

3. “The second law, negentropy, thermodynamics of linear processes” de A.

I. Zotin in Thermodynamics of biological processes editado por I. Lamprecht e A. I. Zotin (Nova York: De Gruyter, 1978), p. 19.

4. “The end of the world: From the standpoint of mathematical physics” de A. S. Eddington, Nature 127,447 (1931).

5. What is life? de Erwin Schrodinger (Cambridge: Cambridge University Press, 1944), p. 81.

6. Na verdade, a ideia de comparar a entropia de dois organismos é um tanto vaga. Uma avaliação mais precisa pode ser dada em termos das complexidades relativas de seus genomas, expressos por meio de uma quantidade chamada entropia algorítmica (ver capítulo 4). É então o caso de os organismos “mais elevados” terem entropia algorítmica mais elevada (e não mais baixa), deixando assim de entrar em conflito com a segunda lei a esse respeito.

7. Texto original alemão publicado em Populare Schriften, Leipzig, 26 (1905); tradução inglesa citada em Thinking in complexity de Klaus Mainzer (Berlim: Springer-Verlag, 1994), p. 82.

8. The mathematical theory of communication de C. E. Shanon e W. Weaver (Urbana: University of Illinois Press, 1949).

9. Leitor pode ficar em dúvida sobre se fazer uma seleção é o mesmo que introduzir informação, mas, no seu sentido mais amplo, a informação é apenas a exclusão de possibilidades. Se um sistema físico tem apenas um estado possível, não aprendemos nada de novo ao inspecioná-lo. Quanto mais possibilidades existirem, mais aprenderemos descobrindo o estado real. A seleção natural elimina organismos inaptos, e assim seleciona apenas certos genomas dentre um conjunto possível muito mais amplo. Todas as outras possibibdades são excluídas. Isso importa em acrescentar informação aos genomas.

10. Evolution from molecules to men editado por D. S. Bendall (Cambridge: Cambridge University Press, 1983),p.l27.

11. A propriedade da “direção errada” da gravitação está intimamente conectada ao fato de que a energia gravitacional é negativa.

12. The emperors new mind de Roger Penrose (Oxford: Oxford University Press, 1989) e Shadows of the mind (Oxford: Oxford University Press, 1994).

13. The life of the cosmos de Lee Smolin (Oxford: Oxford University Press, 1997), p. 159.

14. Para os leitores que desejarem conhecer mais sobre a não-localidade quântica e suas estranhas propriedades, ver, por exemplo, Theghostin the atom de Paul Davies e Julian Brown (Cambridge: Cambridge University Press, 1986).

15. Para detalhes sobre como montar essas situações paradoxais, ver About time de Paul Davies (Londres: Viking, 1995), capítulo II.

3. EMERGINDO DO LODO [pp. 78-113]

1. Evolution from molecules to men editado por D. S. Bendall (Cambridge: Cambridge University Press, 1983), p. 128.

2. Darwin de Adrian Desmond e John Moore (Londres: Michael Joseph, 1991), p. 230. Note-se que a árvore da vida se desdobra para a frente no tempo, em oposição às árvores genealógicas, que (pelo menos, no início) se desdobram para trás no tempo.

3. Ver, por exemplo, Evolution of hydrothermal ecosystems on Earth (and Mars?) editado por Gregory Bock e Jamie Goode (Nova York: Wiley & Sons Ltd, 1996), capítulos 1 e 2.

4. Os estromatólitos também envolvem as atividades de outros micro-organismos, inclusive as algas. É difícil dizer exatamente o que gerou os fósseis.

5. Uma revisão recente se encontra em “The oldest known records of life: early archaean stromatolites, microfossils, and organic matter” in Early life on Earth editado por S. Bengtson (Nova York: Columbia, 1994), p. 193.

6. “Evidence for life on Earth before 3,800 million years ago” de S. J. Mojzsls et al.,Naf«re 384,55 (1996).

7. Life beyond Earth de Gerald Feinberg e Robert Saphiro (Nova York: William Morrow, 1980), p. 113.

8. The mystery of life’s origin de Charles Thaxton, Walter Bradley e Roger Olsen (Nova York: Philosophical Library of New York, 1984),p. 12.

9. Evolution from molecules to men editado por D. S. Bendall (Cambridge: Cambridge University Press, 1983), p. 128.

10. Citado em The creation of life de Andrew Scott (Oxford: Blackwell, 1986), p. 49.

11. Citado em Worlds in the making de Svante Arrhenius (Londres: Harper, 1908),p.216.

12. Se as reações ocorrem numa superfície, como argila ou rocha, em vez de no corpo de uma sopa aquosa, as considerações termodinâmicas são alteradas um pouco a favor da síntese.

13. Isso é muito mais que o número de átomos do universo observável.

14. O próprio Fox afirma que o arranjo correto não é realizado por acaso, mas que a própria química favorece a fração infinitesimal de cadeias peptídicas que são biologicamente relevantes. Ver, por exemplo, Molecular evolution and the origin of life editado por S. Fox e K. Dose (Nova York: Marcel Dekker, 1977). A afirmação de que a química de certo modo “tem conhecimentos sobre” a biologia é uma declaração abrangente e provocativa, a que devo retornar no capítulo 10.

15. The intelligent universe de Fred Hoyle (Londres: Michael Joseph, 1983), p. 19.

16. Omnia, Revista de Vôo da British Airways, setembro/outubro 1997, p. 26.

17. Uma explicação que se baseia em circunstâncias anormais, embora não impossível, é inerentemente implausível. Podemos tomar a improbabilidade dessas circunstâncias como uma medida quantitativa de nossa descrença, ou falta de confiança, na teoria do acaso feliz.

4. A MENSAGEM NA MÁQUINA [pp. 114-45]

1. E sabido que há limites básicos para o que pode ser descoberto sobre os sistemas físicos. Por exemplo, o princípio da incerteza da mecânica quântica, formulado por Heisenberg, proíbe o conhecimento da posição e do movimento de um átomo ao mesmo tempo. Há assim uma impenetrabilidade fundamental na natureza em nível atômico. O mistério da vida seria também impenetrável? O físico Niels Bohr, um dos fundadores da mecânica quântica, assim acreditava. Ele concluiu que a vida nos oculta seus segredos da mesma maneira como um átomo esconde os seus. “Segundo essa visão, a existência da vida deve ser considerada como um fato elementar que não pode ser explicado”, escreveu. Ver “Light and life” de Niels Bohr, Nature 131,421 e457 (1933).

2. De vez em quando um vigésimo primeiro aminoácido é usado.

3. The major transitions in evolution de John Maynard Smith e Eõrs Sza- thmáry (Oxford e Nova York: Freeman, 1995), p. 81.

4. “Evolution of the genetic code” de Cari Woese, Naturwissenschaften 60, 447(1973).

5. Um relato técnico desse trabalho pode ser encontrado em “A supersymmetric model for the evolution of the genetic code”, J. D. Bashford, I. Tsohantjis e P. D. Jarvis, Proceedings of the National Academy of Science USA 95,987 (1998).

6. Um ponto interessante é que há aparentemente sequências aleatórias no DNA, conhecidas por razões óbvias como DNA juke, que não parecem servir a nenhum propósito crucial.

7. Ver, por exemplo, Information, randomness & incompleteness - Papers on algorithmic information theory de Gregory Chaitin (segunda edição; Cingapura: World Scientific Press, 1990).

8. Leitor talvez conheça os chamados sistemas caóticos. São exemplos em que o comportamento do sistema é essencialmente aleatório, não sendo possível nenhuma compressão algorítmica.

9. Alguns vírus usam o RNA em vez do DNA (ver capítulo 5). Esse é um exemplo, tirado de Information and the origin of life de Brend-Olaf Küppers (Cambridge, Mass.: MiT Press, 1990),p. 101.

10. É claro que a maioria dos genomas não será uma sequência completamente aleatória, ao menos por causa das regras de pontuação no código genético. Além disso, nacos inteiros do DNA podem ser duplicados ou invertidos, especial- mente em eucariotas. Entretanto, podemos eliminar essas simples regularidades de grande escala e ainda perguntar se o que resta é aleatório. Dentro de sequências que especificam proteínas, não foi discernido nenhum padrão sistemático.

11. Schrödinger foi explícito sobre esse ponto, quando conjecturou que o genoma deve consistir “num cristal aperiódico”. Ele traçou a comparação entre um cristal normal e um padrão de papel de parede, observando que o genoma era mais semelhante a uma tapeçaria. Ver What is life? de Erwin Schrödinger (Cambridge: Cambridge University Press, 1944), p. 64. Uma discussão muito clara sobre a distinção entre ordem e organização, incluindo um relato detalhado sobre a razão de os genomas serem tanto aleatórios como específicos, é apresentada em Information theory and molecular biology de Hubert Yockey (Cambridge: Cambridge University Press, 1992). Vou retornar a esse tópico no capítulo 10.

12. Respostas positivas até o nível de organismos unicelulares foram dadas por Stuart Hameroff em “Quantum coherence in microtubules: a neural basis for emergent consciousness?”, Journal of Consciousness Studies 1,91 (1994).

5 .O PARADOXO DO OVO E DA GALINHA [pp. 146-71]

1. Ver, por exemplo, Darwin’s black box de Michael Behe (Nova York: The Free Press, 1966).

2. Encontra-se uma descrição popular em “RNA as an enzyme” de Thomas Cech, Scientific American 255, n^115,64 (1986).

3. Os biólogos usam a palavra “genótipo” para se referir à informação no genoma que é passada adiante entre as gerações, e a palavra “fenó tipo” para se referir à expressão real do genótipo na forma do organismo vivo. No mundo RNA, O genótipo e o fenótipo são uma e a mesma coisa.

4. Encontra-se uma revisão em “An in vitro analysis of a replicating molecule” de Sol Spiegelman, American Scientist 55,221 (1967).

5. The hypercycle: the principle of natural self-organization de M. Eigen e P. Schuster (Berlim: Springer-Verlag, 1979), Parten, capítulo 14.

6. The hypercycle: the principle of natural self-organization de M. Eigen e P. Schuster (Berlim: Springer-Verlag, 1979).

7. Claro, temos de explicar por que o mundo não está cheio desses mini- replicadores fáceis de fazer. Uma explicação poderia ser que eles realmente existem, mas habitam uma área muito diferente daquela em que a vida agora floresce, por exemplo, o interior de um cometa ou a atmosfera de Titã, uma lua de Saturno (ver capítulo 9). Outra explicação é que são destruídos pela vida orgânica assim que se formam.

8. “Synthetic self-replicating molecules”de Julius Rebek, Scientific American 271, n-1,34 (1994).

9. Encontra-se um relatório em “Can protein spring into life?” de Philip Cohen, New Scientist, 26, abril 1997, p. 18. O próprio trabalho é publicado em Nature 382,525 (1996).

10. Origins of life de Freeman Dyson (Cambridge: Cambridge University Press, 1985).

11. The young Earth de E. G. Nisbet (Londres: Allen & Unwin, 1987), capítulo 8.

12. “A hydrothermally precipitated catalytic iron sulphide membrane as a first step toward life” de Michael Russell, Roy Daniel, Allan Hall e John Sherringham, Journal  of Molecular Evolution 39,231 (1994). Encontra-se um relato popular em “Life from the depths” de Michael Russell, Science Spectra, 1, 26 (1996).

13. Um relato popular é apresentado em Seven clues to the origin of life deA. G. Cairns-Smith (Cambridge: Cambridge University Press, 1985).

14. Order out of chaos de Ilya Prigogine e Isabelle Stengers (Londres: Heinemann, 1984), capítulo 5.

15. Encontra-se um relato popular em At home in the universe de Stuart Kauffman (Oxford: Oxford University Press, 1995).

16. “Life at the edge of chaos?” de John Maynard Smith, New York Review, 2 de março de 1995, p. 28.

17. Ver, por exemplo, anota 14,

6. A CONEXÃO CÓSMICA [pp. 172-95]

1. De Rerum Natura de Titus Lucretius Carus (trad. Alban Dewes Winspear; Nova York: The Harbor Press, 1956), p. 89.

2. raciocínio para chegar a esse resultado é simples. A massa total de carbono da Terra dividida pela massa de carbono no corpo humano, embora seja um número grande, é ainda assim muito menor que o número de átomos de carbono no corpo humano.

, 3. “Discovery of interstellar dust entering the Earth’s atmosphere” de A. D. Taylor, W. J. Baggaley e D. I. Steel, Nature, 380,323 (1996).

4. Citado em Astronomical and biochemical origins and the search for life in the universe editado por C. B. Cosmovici, S. Bowyer e D. Werthimer, eds. (Bolonha: Editrice Compositori, 1997), p. 106. Encontra-se uma revisão abrangente do papel dos cometas em Comets and the origin and evolution of life editado por

Paul Thomas, Christopher Chyba e Christopher McKay (Nova York: SpringerVerlag, 1997).

5. Theory of the Earth de James Hutton (Edimburgo: Royal Society of Edinburgh, 1788),p. 304.

6. “Annihilation of ecosystems by large asteroid impacts in the early Earth” de Norman Sleep, Kevin Zahnle, James Kasting e Harold Morowitz, Nature 342, 139(1989).

7. “Impact frustration of the origin of life” de Kevin Maher e David Stevenson,Nature331,612 (1988).

7. OS SUPERMICRÓBIOS [pp. 196-226]

1. “The corrosion of concrete” de C. D. Parker, Australian Journal  of Experimental Biology and Medical Science 23,81 e 91 (1945). Um panorama geral sobre os supermicróbios pode ser encontrado em “Extremophiles” de Michael Madigan e Barry Marrs, Scientific American 276, na 4,66 (1997), e em The outer reaches oflifede John Postgate (Cambridge: Cambridge University Press, 1996).

2. The temple ofnaturede Erasmus Darwin (Londres: J. Johnson, 1996).

3. Ver Evolution of hydrothermal ecosystems on Earth (and Mars?) editado por Gregory Bock e Jamie Goode (Nova York: Wiley, 1996), p. 37.

4. Na verdade, talvez não seja completamente escuro. Pode haver um brilho estranho ao redor das aberturas causado por algum processo ainda mal compreendido. Alguns cientistas têm conjecturado que a fotossíntese pode ter começado a partir dessa fraca luz submarina, e não a partir da luz solar. Ver “The light at the bottom of the sea” de Ruth Flanagan, New Scientist, 13 de dezembro de 1997, p. 42.

5. A maioria dos organismos que vivem perto das chaminés negras são indiretamente dependentes da luz solar, quer por fazer uso do oxigênio dissolvido (um subproduto da fotossíntese), quer por comer fragmentos orgânicos que descem da superfície. Há trinta anos o biólogo George Wald escreveu: “Talvez seja um exercício intelectual interessante imaginar como a vida poderia surgir e, tendo surgido, como poderia se manter num planeta escuro; mas duvido muito que isso tenha acontecido ou possa acontecer”. Ver “Life and light”, Scientific American, 201, n“ 4,92(1959). Entretanto, Wald estava errado. Conhecem-se quimiotróficos que são verdadeiramente independentes da vida na superfície.

6. “The deep hot biosphere” de T. Gold, Proceedings of the National Academy of Science USA 89,6045 (1992).

7. Em 1955, biólogos marinhos descobriram bactérias em sedimentos do fundo do Pacífico. Baseados na análise desses micróbios, proclamaram com uma confiança pedante que a biosfera terminava precisamente a 7,47 metros de profundidade! Ver “Occurrence of bacteria in pelagic sediments collected during the Mid-Pacific Expedition” de R. Y. Morita e C. E. Zobell, Deep-Sea Research 3,66-73 (1955).

8. “Aspects of metallogenesis and microorganisms in the Red Sea region of Saudi Arabia” de Lloyd Hamilton, tese de PhD, Universidade de Londres (1973).

9. Vernota6.

10. “D. O. E. seeks origin of deep subsurface bacteria” de J. P. McKinley et al., EOS, Trans. Am. Geophys. Union 75,385 (1994).

11. A ideia de explorar os micróbios para ajudar a extrair petróleo foi proposta pela primeira vez por um grupo de cientistas na Austrália em 1983, mas a sua proposta caiu em ouvidos moucos. Pode-se encontrar um relato publicado num trabalho intitulado “Microbiologically enhanced oil recovery”, de B. Bubela, P. 1. Stark e M. Kords, Baas Becking Geobiological Laboratory Annual Report (Camberra, 1983), p. 53. Mais recentemente, várias organizações comerciais começaram a demonstrar um interesse agudo pelos recursos biológicos não aproveitados que existem no subterrâneo da Terra. Além de aperfeiçoamentos no setor do petróleo e do gás, logo poderíamos ver o desabrochar de uma nova e importante indústria chamada reparação biológica — limpar a terra e a água poluídas usando micróbios feitos sob medida para esse fim. Trilhões de dólares gastos em limpeza poderiam ser poupados, se os supermicróbios fossem postos a trabalhar, comendo elementos químicos tóxicos em locais profundos ou inacessíveis. Há também um imenso potencial para identificar e explorar enzimas singulares e outros agentes moleculares que conferem essas surpreendentes capacidades aos organismos. O Instituto Nacional do Câncer nos Estados Unidos já examinou mais de 5 mil culturas de organismos do subsolo em busca de drogas contra o câncer e vacinas para a AIDS.

12. “Deep-living microbes mount a relentless attack on rock” de Tim Appenzeller, Science 258,222 (1992).

13. “Deep bacterial biosphere in Pacific Ocean sediments” de R. J. Parkes et al.,Nfliiire371,410 (1994).

14. “High temperature life without photosynthesis as a model for Mars” de Everett Shock, Journal  of Geophysical Research-Planets, 102, 23687 (1997).

15. Ver nota 14.

16. Mais precisamente, a evidência sugere que os termófilos evoluem mais lentamente que os micróbios de baixas temperaturas. Como a maioria dos arqueas são termófilos ou hipertermófilos, isso significa que, como classe, os arqueas tendem a ter evoluído menos que as bactérias. Entretanto, há algumas bactérias hipertermófilas, como o aquifex, que também evoluíram muito lentamente, enquanto alguns arqueas mesófilos passaram por mudanças evolucionárias substanciais. Sou grato a Susan Barns por me ter chamado a atenção para esse ponto.

17. Ver Evolution of hydrothermal ecosystems on Earth (and Mars?) editado por Gregory Bock e Jamie Goode (Nova York: Wiley & Sons Ltd, 1996), capítulos 1 e 2.

18. “Submarine thermal springs on the Galapagos rift” de J. B. Corliss et al., Science 203,1073(1979).

19. Ver Gold, nota 6. Ver também “The deep subterranean biosphere” de Karsten Pedersen, Earth Science Reviews 34,243 (1993).

20. “Evolution of the first metabolic cycles” de G. Wãchterháuser, Proceedings ofthe National Academy ofScience USA 87,200 (1990).

21. “Lithoautotrophic microbial ecosystems in deep basalt Aquifers” de Todd Stevens e James McKinley, Science 270,450 (1995). Descrições populares encontram-se em “Microbes deep inside the Earth” de James Fredrickson e Tules Onstott, Scientific American 275, n“ 4, 42 (1996), “The intraterrestrials” de Stephanie Pains, New Scientist, 7 de março de 1998, p. 28, e “How life would be at home on Mars” de Larry O’Hanlon, New Scientist, 28 de outubro de 1995, p. 19.

22. Essa teoria também poderia explicar a existência de halófdos extremos — arqueas que vivem em condições muito salinas. Quando o bombardeamento amainou, a Terra ainda teria continuado a sofrer impactos grandes a ponto de parte dos oceanos ferver, produzindo camadas de água salgada concentrada que teriam sido letais para qualquer organismo que não tolerasse sal e calor. Entretanto, a evidência é menos convincente nesse caso, pois a maioria dos haló- filos existentes claramente não é de linhagem antiga.

8. MARTE: VERMELHO E MORTO? [pp. 227-69]

1. Mars and its canals de Percival Lowell (Nova York: Macmillan, 1906), p. 376.

2. Há um indício de efluente de chaminés vulcânicas ainda ativas nos cânions de Valles Marineris. Além disso, os dados da Pathfinder sugerem atividade vulcânica muito recente.

3. Ver, por exemplo, “On the possibility of chemosynthetic ecosystems in subsurface habitats on Mars” de Penelope Boston, Mikhail Ivanov e Christopher McKay, Icarus 95,300 (1992). Encontra-se um ensaio popular dos mesmos autores em “Considering the improbable: life underground on Mars” em The Planetary Report l A, 13 (1994).

4. “The search for life on Mars” de Christopher McKay, Origins of life and evolution of the biosphere 27, 263 (1997). Um ensaio popular encontra-se em Astronomy, agosto de 1997,p. 38.

5. “Noble gas contents of shergottites and implications for the martian origin of SNC meteorites” de D. D. Bogard. L. E. Nyquist e P. Johnson, Geochim. Cosmochim. Acta 48,1723 (1984). Um ensaio popular se encontra em “A stone’s throw from the planets” de Andrew Chaikin, Sky and Telescope, fevereiro de 1983, p. 122.

6. “Statement from Daniel S. Golding, NASA administrator”, NASA News, Johnson Space Center, material de divulgação, 6 de agosto de 1996, pp. 96-159.

7. “The source of ALH8400 1 ” de David Mittlefehldt, The Planetary Report 17, 5 (1997).

8. “Search for past life on Mars: possible relic biogenic activity in Martian meteorite ALH84001” de D. S. McKay et al., Science 273, 924 (1996). Um recente comentário sobre essa evidência é apresentado em “The case for relic life on Mars” de Everett Gibson et al., Scientific American 277,36 (1997).

9. “The possible role of nanobacteria (dwarf bacteria) in clay mineral diagenesis, and the importance of sample preparation in high magnification SEM study” de Robert Folk e F. Leo Lynch, Journal  of Sedimentary Research 67,583 (1997).

10. “Nanobacteria from blood, the smallest culturable autonomously replicating agent on Earth” de Olavi Kajander et al., SPIE (The International Society for Optical Engineering) 3111,420 (1997).

11. “Organic materials in a martian meteorite” de I. P. Wright, M. M. Grady e C. T. Pillinger, Nature 340,220 (1989).

12. “Lessons from evolution: ruling out danger” de Thomas Jukes, The Planetary Report 14,14 (1994).

13. Citado em “Where no one has gone before: what is planetary protection anyway?” de John Rummel e Michael Meyer, The Planetary Report 14,5(1994).

14. Mars sample return: issues and recommendations de Kenneth Nealson et al. (Washington: National Academy Press, 1997), p. 3.

15. Entrevista gravada com Tim Radford do Guardian (UK) em 1996.

16. Citado em “The natural universe” de Tyder Miller, Mercury 26, 28 (1997).

17. Ver nota 14, Nealson et al.,p. 15.

18. Ver nota 16.

19. “Exploring Mars for evidence of past and present life: roles of robotic and human missions” de Jack Farmer, resumo do trabalho apresentado na conferência “Origins”, Estes Park, Colorado, maio de 1997.

20. Essa ideia intuitiva pode ser precisamente quantificada com algo chamado regra de Bayes, frequentemente aplicada à evidência apresentada numa corte de justiça. Por exemplo, vamos supor que o acusado já seja julgado provavelmente culpado, e surjam novas provas de impressões digitais. O júri é informado de que a chance de uma correspondência casual de impressões digitais é de uma em dez casos. Isso bastaria para condenar o acusado. Por outro lado, se o acusado parece ser provavelmente inocente, a correspondência das impressões digitais é menos significativa. É uma falácia concluir, no caso de uma correspondência de dez para um, que haja 90% de chance de culpa. A probabilidade deve ser avaliada pela probabilidade anterior de culpa, antes que se possa computar a probabilidade geral. No caso da vida em Marte, essa probabilidade anterior varia dramaticamente de um número muito próximo de zero a outro que se aproxima de um, dependendo da pressuposição sobre a panspermia (ver capítulo 9).

9. PANSPERMIA [pp. 270-97]

1. Worlds in the making de Svante Arrhenius (Londres: Harper, 1908).

2. “Long-term survival of bacterial spores in space” de G. Horneck, H. Bucker e G. Reitz, Advanced Space Research 14,1041 (1994).

3. “Survival rates of some terrestrial microorganisms under simulated space conditions” de J. Koike et al Advanced Space Research 12,4271 (1992).

4. “Can spores survive in interstellar space?” de Peter Weber e Mayo Greenberg, Nature 316,403 (1985). Ver também o trabalho subsequente de Curt Mileikowsky: “Can spores survive a million years in the radiation of outer space?” in Astronomical and biochemical origins and the search for life in the universe editado por C. B. Cosmovici, S. Bowyer e D. Werthimer (Bolonha: Editrice Compositori, 1997), p. 545.

5. The intelligent universe de Fred Hoyle (Michael Joseph, Londres, 1983).

6. “Panspermia revisited: astrophysical and biological constraints” de Paul Wesson, Jeff Seeker e James Lepock em Astronomical and biochemical origins and the search for life in the universe de C. B. Cosmovici, S. Bowyer e D. Werthimer (Bolonha: Editrice Compositori, 1997), p. 539.

7. Foi só recentemente que os astrônomos identificaram positivamente alguns planetas fora de nosso sistema solar. O problema em detectar planetas fora do sistema solar é que eles são muito tênues para aparecer até no mais poderoso telescópio. A sua existência só pode ser inferida por meios indiretos. Como um planeta gira em torno de sua estrela, ele exerce uma atração gravitacional, fazendo com que a estrela execute um pequeno meneio. O efeito é extremamente pequeno, mas pode aparecer no espectro da luz da estrela de forma bem nítida. Como resultado de observações muito cuidadosas, vários planetas grandes foram detectados a alguns anos-luz da Terra. As técnicas atuais não são suficientemente boas para localizar um planeta com massa e órbita semelhantes às da Terra, mas, dada a existência de outros sistemas planetários, parece extremamente provável que planetas semelhantes à Terra existam em algum lugar no espaço. Há provavelmente muitos milhões deles apenas na nossa galáxia, cada um sendo um lugar potencial para a vida. Ver The quest for alien planets de Paul Halpern (Londres: Plenum, 1998).

8. “A microbiological examination of some carbonaceous chondrites” de George Claus e Bartholomew Nagy, Nature 192,594 (1961). Encontra-se um excelente relato da história da busca de vida em meteoritos, com especial referência ao meteorito Murchison, em Genesis stone de David Seargent (Sydney: Karagi Publications, 1991).

9. A evidência de vida no meteorito Murchison foi apresentada pelo cientista alemão Hans Pflüg, que estudou seções finas da rocha com um microscópio óptico. Pflüg encontrou algumas estruturas muito curiosas que se parecem extraordinariamente com bactérias filamentares. Ver “Ultrafine structure of the organic matter in meteorites” em Fundamental studies and the future of science, editado por N. C. Wickramasinghe (Cardiff: University College Cardiff Press, 1984), p. 24. Outros cientistas apressaram-se a descartar a afirmação de Pflüg.

10. “The rocky road to panspermia” de H. J. Melosh, Nature 332,687 (1988). Encontra-se um relato popular em “Swapping rocks: exchange of surface material among the planets” de H. J. Melosh, The Planetary Report 14,16(1994).

11. Ver nota 1, p. 219.

12. Em 1964, o ilustre biólogo George Gaylord Simpson escreveu: “É extremamente improvável, quase ao ponto da impossibilidade, que alguma forma de vida tenha viajado por meios naturais de um sistema planetário para outro”. Mas, ainda assim, ele concluiu: “Essa viagem entre a Terra e Marte, dentro do mesmo sistema planetário, é ainda improvável, mas a possibilidade não está completamente eliminada”. Ver “On the nonprevalence of humanoids” de George Gaylord Simpson, Science 143,772 (1964).

13. “The exchange of impact ejecta between terrestrial planets” de Brett Gladmanet al., Science27l, 1387 (1996).

14. Noticiou-se que o microbiologista californiano Raul Clano formou uma companhia para selecionar esses micróbios antigos com o objetivo de usá-los possivelmente como agentes de controle agrícolas. Isso foi noticiado por NZPA em, por exemplo, The Weekend Australian, 12 de abril de 1997.

15. The outer reaches of life de John Postgate (Cambridge: Cambridge University Press, 1994).

16. Mars sample return: issues and recommendations de Kenneth Nealson et al. (Washington: National Academy Press, 1997),p. 18.

17. Ver “The search for life on Mars” de Christopher McKay, Origins of Life and Evolution of the Biosphere 27,263 (1997).

18. “Is it dangerous to return samples from Mars to Earth?” de Carl Sagan, The Planetary Report 14,3 (1994).

19. “The deep hot biosphere” de T. Gold, Proceedings of the National Academy of Science USA 89,6045 (1992).

20. “Promethean ice” de Christopher McKay, Mercury 25,15 (1996).

21. Diseases from space de Fred Hoyle e Chandra Wickramasinghe (Londres: Dent, 1979).

10. UM UNIVERSO FAVORÁVEL À VIDA? [pp. 298-32]

1. Disturbing the universe de Freeman Dyson (Nova York: Harper 8c Row, 1979),p. 250.

2. The Philadelphia Inquirer, 9 de abril de 1997.

3. Life cloud de Fred Hoyle e Chandra Wickramasinghe (Londres: Dent, 1978).

4. The intelligent universe de Fred Hoyle (Londres: Michael Joseph, 1983).

5. Life itself: its nature and origin de Francis Crick (Nova York: Simon 8c Schuster, 1981).

6. Chance and necessity de Jacques Monod (trad. A. Wainhouse; Londres: Collins, 1971), p. 145.

7. Vita! dust de Christian de Duve (Nova York: Basic Books, 1995),p.300.

8. Mars sample return: issues and recommendations de Kenneth Nealson et al. (Washington: National Academy Press, 1997),p. 13.

9. Uma apreciação agudamente crítica dessa filosofia se encontra em Origins: a skeptic’s guide to the creation of life on Earth de Robert Saphiro (Nova York: Summit Books, 1986).

10. Ver nota 7, pp. xv, XVIII.

11. Conforme citação em Evolution from molecules to men de D. S. Bendall (Cambridge: Cambridge University Press, 1983), p. 128.

12. “Synthesis of biologically pertinent peptides under possible primordial conditions” de Gary Steinman e Marian Cole, Proceedings of the National Academy ofScience58,735 (1976).

13. “Prebiotic roots of informed protein synthesis” de Sidney Fox in The roots of modern biochemistry editado por Horst Kleinkauf, Hans von Dohren e Lothar Jaenicke (Berlim: De Gruyter, 1988), p. 897.

14. Conforme citação em Saphiro, Origins (nota 9 acima), pp. 186-7.

15. “The origin, evolution and distribution of life in the universe” de Cyril Ponnamperuma, in Cosmic beginnings and human ends, editado por Clifford Matthews e Roy Abraham Varghese (Chicago: Open Court, 1993), p. 91.

16. Esse resultado está relacionado ao teorema da incompletude de Gõdel na matemática.

17. Essa é uma técnica comercialmente explorada no armazenamento de dados de imagens complexas. Sai mais barato em informação fractalizar do que pixelizar muitas imagens naturais. Ver, por exemplo, “Fractals set the pattern for online video” de Barry Fox, New Scientist, 1 de setembro de 1996,p.23.

18. Ver, por exemplo, The cosmic blueprint de Paul Davies (Londres: Heinemann, 1987), capítulo 5.

19. “The chemical origin of life” de Christian de Duve em Astronomical and biochemical origins and the search for life in the universe editado por C. B. Cosmovici, S. BowyereD. Werthimer (Bolonha: Editrice Compositori, 1997), p. 392.

20. The origins of order de Stuart Kauffman (Oxford: Oxford University Press, 1993), p.285.

21. Ver, por exemplo, Frontiers of complexity de Peter Coveney e Roger Highfield (Nova York: Ballantine, 1995), capítulo 4.

22. Artificial life de Christopher Langton (Redwood City, Califórnia: Addison-Wesley, 1988). Um ensaio popular se encontra em Coveney e Highfield (nota 21 acima), capítulo 8.

23. No capítulo 1, mencionei a ideia de que a gravitação pode ter um papel a desempenhar nessa questão.

24. Steps towards life de Manfred Eigen (trad. P. Woolley; Oxford: Oxford University Press, 1992), p. 12.

25. Por exemplo, Küppers escreve: “Portanto, junto com o princípio darwiniano, deve haver um outro princípio de auto-organização da matéria regendo a transição do não-vivo para o vivo”. Ver Molecular theory of evolution de BerndOlaf Küppers (Berlim: Springer-Verlag, 1985), p. 279.

26. Esse roteiro é semelhante ao descrito por Eigen, no qual os hipercidos amplificam a seletividade do sistema, podendo passar por cima do darwinismo molecular (ver capítulo 5).

27. Um relato do problema da medição quântica se encontra, por exemplo, em The ghost in the atom de P. C. W. Davies e J. R. Brown (Cambridge: Cambridge University Press, 1986).

28. The emperor’s new mind de Roger Penrose (Oxford: Oxford University Press, 1989), capítulo 10.

29. Curiosamente, o DNA tem uma simetria décupla, portanto quintupla, quando visto a partir do fim.

30. Ver The Feynman processor de Gerard Milburn (Sydney: Allen 8t Unwin, 1988).

31. Ver nota 7, p. XVIIi.

32. Life’s grandeur de Stephen Jay Gould (Londres: Jonathan Cape, 1996).

33. Ver nota 32, pp. 202-12.

34. Climbing mount improbable de Richard Dawkins (Londres: Viking, 1996).

35. Ver nota 32, p. '167.

36. Ver nota 32, p. 216.

37. Ver nota 7, p. 299.

38. Conforme citação em “The Copernican revolution comes around” de George Musser, Mercury25,15 (1996).

39. “On the nonprevalence of humanoids” de George Gaylord Simpson, Science 143,772 (1964).

40. “The search for extraterrestrial intelligence: scientific quest or hopeful folly?” Debate entre Ernst Mayr e Carl Sagan, em The Planetary Report, 16, 4 (1996).

41. Ver nota 32, pp. 175,214,216.

42. Vernota6, p. 10.

Table of Contents

Sumário

Prefácio

1. O significado da vida

2. Contra a maré

3. Emergindo do lodo

4. A mensagem na maquina

5. O paradoxo do ovo e da galinha

6. A conexão cósmica

7. Os supermicróbios

8. Marte: vermelho e morto?

9. Panspermia

10. Um universo favorável à vida?

Notas