José Carneiro Ribeiro Neto

A menor unidade da vida é a célula. Todas as funções e características dos seres vivos dependem das células que os constituem, pois as células são as unidades morfológicas e fisiológicas de todos os organismos vivos no planeta. Células originam outras células e podem tanto ter vida livre (como muitas bactérias), ou, quando se associar, formar colônias e até organismos multicelulares (como é o caso dos seres humanos).

É possível dividir as células em dois grandes grupos: o grupo das células procarióticas e o grupo das células eucarióticas. A origem dos termos é grega; o termo “pro” significa primeiro (ou anterior) e o termo “eu” significa verdadeiro. Já “cario” vem do grego karyon, termo que faz referencia a “núcleo”. Logo, procariontes são células que não possuem um núcleo verdadeiro – ou seja – um núcleo bem definido e revestido por membrana, mas elas costumam apresentar uma região normalmente central, conhecida como nucleóide, onde se encontra o material genético. O nucleóide das células procarióticas é anterior ao núcleo das células eucarióticas, surgindo primeiro na história evolutiva das células. Em células eucarióticas (eucariontes) o material genético encontra-se em um envoltório nuclear membranoso denominado carioteca.

Contudo, essas não são as únicas diferenças entre esses dois grandes grupos de células. Existem várias outras características que podem diferenciar células eucarióticas de células procarióticas. Células eucarióticas, por exemplo, possuem – em seu citoplasma – diversas organelas membranosas responsáveis por diversas atividades fisiológicas fundamentais dos eucariontes. Estas organelas membranosas citoplasmáticas estão ausentes em células procarióticas. Outro exemplo de estrutura celular exclusiva de células eucarióticas é o citoesqueleto. O citoesqueleto corresponde a uma serie de microfilamentos protéicos responsáveis pela integridade estrutural, aquisição da forma, pelo transporte das já citadas organelas e, muitas vezes, pelo movimento celular de seres eucariontes. Enfim, várias outras diferenças podem ser mencionadas aqui, mas esta abordagem mais aprofundada não é o objetivo do presente artigo.

Talvez, um dos fenômenos mais importantes na história da vida na Terra tenha sido o surgimento das células eucarióticas, pois elas possibilitaram que os organismos vivos adquirissem maior complexidade ao longo da evolução, com isso, novas funções, interações e adaptações puderam ser desenvolvidas pelas formas de vida até então existentes.

Origem primitiva da linhagem das mitocôndrias e dos cloroplastos

Segundo a teoria cientifica mais aceita atualmente, as mitocôndrias e os cloroplastos, duas organelas celulares que hoje conhecemos, surgiram por eventos de simbiogênese entre células hospedeiras e procariontes. A Simbiogênese é definida como o surgimento de uma nova classe de organismos como resultado de uma associação simbiótica favorável. Porém a história das mitocôndrias e cloroplastos começa muito antes disso.

Acredita-se que os primeiros organismos vivos a surgir foram procariontes anaeróbios (há 3,5 bilhões de anos). Esses organismos unicelulares realizam um processo denominado fermentação para conseguir sua energia essencial. A fermentação é um processo ineficiente no que diz respeito ao saldo energético resultante. Porém, provavelmente, demorou mais algumas centenas de milhões de anos para que a vida desse o próximo passo, resultando em uma forma mais eficiente de adquirir energia. Esse ‘próximo passo’ reflete-se no surgimento de uma molécula funcional chamada clorofila. A clorofila é capaz de canalizar a energia da luz solar em energia química através do processo de fotossíntese. Com isso, alguns tipos de células passaram a tirar proveito dessa vantagem energética. Surgiram, assim, os procariontes fotossintetizantes. A fotossíntese também é um processo produtor de oxigênio (O2), dessa forma, tais células liberavam esse gás no ambiente.

O surgimento dos seres fotossintetizantes alterou completamente a atmosfera da Terra primitiva, gerando uma grande revolução na historia do planeta e redirecionando a evolução dos organismos vivos. O O2 liberado para a atmosfera foi se acumulando pouco a pouco com o passar dos milhões de anos. Em algum momento a concentração de O2 atmosférico se tornou favorável ao surgimento da respiração aeróbia (uma nova e vantajosa maneira de obtenção energética) e assim originou-se a linhagem de organismos que hoje conhecemos como procariontes aeróbios.

Nessa época, provavelmente, os ancestrais da linhagem que mais tarde originariam as mitocôndrias e cloroplastos surgiram.

Contudo, a respiração não foi à única vantagem que o oxigênio possibilitou para a vida na Terra. O acumulo de oxigênio na atmosfera possibilitou o surgimento de uma camada protetora na estratosfera terrestre. Esta é a famosa Camada de Ozônio, que protege os seres vivos contra as radiações ultravioleta, emitidas pelo Sol. Talvez o surgimento dessa barreira protetora tenha ajudado as formas de vida a se desenvolver e ocupar novos ambientes ao redor da Terra.

Origem das organelas membranosas e do envoltório nuclear

A hipótese mais aceita para o surgimento das organelas membranosas de células eucarióticas (com exceção das mitocôndrias e cloroplastos) é que a partir de mutação genética e seleção não aleatória de caracteres (e aqui entra a evolução por seleção natural), alguns procariontes teriam começado a sintetizar novos tipos de proteínas. Esse processo acarretou no surgimento do citoesqueleto celular que, como já comentado, traz várias vantagens adaptativas para a célula e, neste caso, não foi diferente. O citoesqueleto possibilitou as células realizarem movimentos de envaginação (projeção da membrana celular para fora da célula) e ivaginação (dobras da membrana celular para o interior da célula). Assim, supõe-se, a partir de evidencias que serão mostradas neste artigo, que as organelas membranosas surgiram a partir de invaginações favoráveis nas celulas – criando diversos centros funcionais especializados em diferentes atividades metabólicas – que hoje conhecemos como organelas celulares. Organelas como os lisossomos e o aparelho de Golgi teriam surgido dessa maneira. Esse mesmo processo foi responssavel pelo surgimento do envoltório nuclear (principal característica das células eucarióticas) que envolve e protege o material genético.

A Teoria da Endossimbiose

Evidências indicam que as mitocôndrias e os cloroplastos não tiveram a mesma origem das demais organelas membranosas de células eucarióticas, como já foi mencionado. Segundo a teoria da endossimbiose, proposta por Lynn Margulis, essas duas organelas surgiram a partir de interações mutuamente vantajosas entre organismos distintos.

Com o advento do citoesqueleto, os movimentos celulares possibilitaram o fenômeno da fagocitose. Na fagocitose o alimento é englobado por envaginações da membrana celular e a partícula englobada é então levada até o citoplasma e digerida. Possivelmente esse fenômeno ocorrera de forma que células procariontes englobadas não foram digeridas pelo fagócito (célula capaz de realizar a fagocitose), mas passaram a viver no interior dele em uma relação mutualistica – interação benéfica para ambos os organismos.

Procariontes aeróbios (os endossimbiontes) beneficiavam-se de proteção, ambiente favorável e nutrição necessária para suas atividades enquanto forneciam energia extra para a célula eucariótica maior (célula hospedeira). Isso teria originado as “protomitocôndrias”.

Fenômeno parecido deve ter ocorrido para dar origem aos cloroplastos, mas, no caso desses, as células englobadas foram procariontes fotossintetizantes que forneciam energia, originária da luz solar, às células hospedeiras.

Assim, células procariontes teriam passado a viver no interior de células eucariontes primevas, em simbiose. Essa simbiose seria bastante vantajosa para ambos os organismos, de modo que passaram a existir em co-evolução.

Com a endosibiose, genes do endossimbionte foram transferidos para o organismo hospedeiro como conta a Bióloga Sônia Lopez, em texto adaptado do livro Biologia Molecular e Evolução:

“Uma vez ocorrida a endossimbiose, genes do endossimbionte podem ser transferidos lateralmente para o núcleo da célula hospedeira. Os produtos desses genes devem ser então direcionados às organelas. Mitocôndrias e cloroplastos são, portanto, semi-independentes, já que necessitam dos produtos de alguns genes que agora são codificados no núcleo. Em alguns complexos enzimáticos, uma parte das subunidades é codificada pelo genoma nuclear e uma parte pelo genoma da organela. Transferências de genes entre mitocôndrias e cloroplastos também podem ter ocorrido. A transferência específica de genes entre os compartimentos celulares varia nos diferentes organismos. O mecanismo pelo qual se dá essa transferência lateral no interior das células não está estabelecido. Esses eventos de transferência intensificam a dependência entre organelas e núcleo, e provavelmente são essenciais à manutenção da associação endossimbiótica. Apesar de eventos de transferência e perda de genes ocorrerem provavelmente ao acaso, aparentemente existe uma direcionalidade, já que o núcleo apresenta uma tendência de adquirir genes, enquanto as organelas parecem perder genes redundantes. Uma explicação para essa direcionalidade seria que o núcleo é um ambiente geneticamente mais estável que as organelas.”

Isso demonstra que esses organismos criaram uma complexa relação interativa, onde os mecanismos de mitose são integrados. Células eucariontes não podem sobreviver sem mitocôndrias – da mesma forma que – eucariontes fotossintetizantes não podem sobreviver sem cloroplastos e, os endossimbiontes, não podem sobreviver fora dos hospedeiros.

Hoje, os procariontes com maior grau de parentesco com as atuais mitocôndrias são as bactérias pertencentes ao gênero Rickettsia; parasita intracelular obrigatório carregado por vários carrapatos, pulgas, e piolhos, e – em seres humanos – causador de doenças como o tifo.

Estimativas sobre a época de origem dos primeiros eucariontes têm sido obtidas a partir do tamanho das células em registros fósseis. Tais estimativas indicam que eucariontes fotossintetizantes já existiam há mais de 2 bilhões de anos atrás. Isso indica uma origem ainda mais antiga para as mitocôndrias, pois todas as células que apresentam cloroplastos também possuem mitocôndrias, indicando assim que as mitocôndrias precederam os cloroplastos.

Evidencias simples

Invaginação da membrana plasmática

Não é difícil, a partir do conhecimento da composição e estrutura das membranas celulares, evidenciar a Teoria da Invaginação da Membrana Plasmática. Para começar, a composição e a estrutura das membranas plasmáticas e das membranas das organelas celulares são muito semelhantes, indicando mesma origem. Além disso, existe uma peculiaridade muito interessante entre elas. Todas as membranas plasmáticas possuem, ao redor do seu lado extracelular, uma estrutura formada por carboidratos, responsável pelo reconhecimento molecular e comunicação intercelular. Essa estrutura na membrana plasmática é conhecida como Glicocálix. Curiosamente, nas organelas, tais carboidratos (possivelmente derivados do Glicocálix) estão voltados para o interior das organelas (para o lúmen da organela). Tal fato é uma forte indicação da origem invaginativa dessas organelas membranosas.

Origem endossimbiótica de mitocôndrias e cloroplastos

Fortes evidências favorecem a teoria da simbiose entre organismos unicelulares. Uma delas, e possivelmente a mais importante, é o fato de que mitocôndrias e cloroplastos são envolvidos não por um, mais dois envoltórios membranosos. A membrana mais externa possui composição semelhante à membrana plasmática da célula hospedeira, além de possuir orientação contraria. Enquanto isso, a membrana mais interna possui composição semelhante às membranas plasmáticas de organismos procariontes e possui orientação original. Logo, a membrana externa tem origem no fagossomo (bolsa membranosa que contém a célula capturada pelo processo de fagocitose) da membrana da célula hospedeira e a membrana mais interna tem origem na membrana do procarionte “ingerido”.
Como se isso não fosse suficiente, ainda é possível apontar aqui outras evidencias sugestivas:

1 – as proteínas presentes nas mitocôndrias e cloroplastos são mais semelhantes aos seus análogos procarióticos do que aos eucarióticos;

2 – existem procariontes de vida livre com forte semelhança estrutural, bioquímica e genética com as respectivas organelas;

3 – as organelas possuem genoma próprio, com organização semelhante ao genoma procariótico;

4 – os RNAs (ribossômico, transportador e mensageiro) das organelas também são mais semelhantes aos de procariontes;

5 – as organelas são semi-independentes, com capacidade de replicação

6 – as organelas e suas funções estão, alternativamente, presentes ou ausentes das células eucarióticas, não sendo encontrados hoje, bilhões de anos depois, organismos em que esse processo deixou intermediários.

A humilde origem

As células eucarióticas, em nosso mundo atual, estão incrivelmente difundidas e especializadas. São elas que permitem a existência dos complexos organismos multicelulares que as mesmas compõem. Um exemplo disso são as células que formam o corpo humano, todas elas realizando diferentes funções ou estruturando diferentes tecidos. Existem trilhões de células eucarióticas em nosso corpo, consequentemente, existe quantidade ainda superior de mitocôndrias, produzindo a energia utilizada em atividades cotidianas. Já os cloroplastos, em células vegetais, produzem o alimento das plantas, sendo responsáveis, assim, por gerar a base de toda a cadeia alimentar. Ambos – mitocôndrias e cloroplastos – além de serem de fundamental importância para a manutenção da vida na Terra, inquestionavelmente, também nos fornecem indícios sobre a história da vida no planeta. É com esses indícios que constatamos o simples início de nossa existência.

Lagartos, gatos, algas, golfinhos, arvores, aranhas, cavalos, abelhas e, inclusive, seres humanos (dentre outros) são todos constituídos pelas mesmas unidades básicas originadas a partir desse processo aparentemente simples, porém extraordinário. Todos são constituídos por células eucarióticas que, apesar de diferirem em uma ou outra característica, possuem a mesma estrutura básica e a mesma origem humilde.

José Carneiro Ribeiro Neto

Aluno de Biomedicina
Universidade Tiradentes – Unit

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Créditos das imagens:

Ilustração de célula eucariótica: RUSSELL KIGHTLEY / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Terra primitiva: Documentário Como Nasceu Nosso Planeta – The History Channel
Cloroplasto: DR DAVID FURNESS, KEELE UNIVERSITY / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Bactéria Rickettsia rickettsii : ASM / SCIENCE PHOTO LIBRARY
Mitocôndria: PROFESSORS P. MOTTA & T. NAGURO / SCIENCE PHOTO LIBRARY

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Referências:

CARVALHO, Hernandes F.; RECCO-PIMENTEL, Shirlei M. A Célula. 2.ed. Barueri, SP: Manole, 2007

MATIOLI, Sérgio R. Biologia Molecular e Evolução. São Paulo, SP: Holos, 2001

LOPES, Sônia. http://biosonialopes.editorasaraiva.com.br//

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Muitas pessoas possuem dificuldade em compreender como funciona à Evolução das Espécies e então a deixam de lado – não dando assim a devida importância ao fenômeno. A evolução é o fenômeno natural, dependente da reprodução, que é responsável pela enorme variedade de espécies existentes no Planeta Terra (incluindo os seres humanos). Não há alternativa científica à Teoria da Evolução, pois ela perpassa transversalmente todos os campos de estudos sobre os seres vivos, e é bem-sucedida na explicação de origem das entidades e fenômenos biológicos como nenhuma outra abordagem. A evolução ocorre pela necessidade de sobrevivência das espécies nos mais diferenciados ambientes – onde os mais adaptados têm mais chances em sobreviver, ter filhos e, assim, garantir que essa adaptação seja geneticamente herdada por seus descendentes.

É possível citar não dezenas, não centenas nem milhares, mas milhões de evidências que favorecem a idéia evolutiva das espécies. Essas evidências podem ser encontradas nos mais variados meios de estudo, como: fósseis, embriologia comparada, formas intermediárias, órgãos análogos e homólogos, fisiologia comparada, bioquímica comparada, anatomia comparada, deriva continental, órgãos vestigiais, datação radioativa e genômica (DNA). A evolução também pode ser evidenciada facilmente quando observamos nosso próprio corpo, sua morfologia e suas funções. Nesse álbum mostrarei um exemplo:

1 – Você já se perguntou sobre o porque de sua pele ficar estriada e seus pelos ficarem arrepiados quando você sente frio ou pavor?

2 – Por mais incrível que pareça cada pelo está ligado a um músculo liso chamado “Músculo eretor do pelo”. A contração desse músculo puxa a cavidade em que o pelo fica alojado, causando o levantamento do pelo – isto é, deixa-o perpendicular à superfície da pele e causa abaulamento na pele defronte a cavidade, produzindo a chamada “pele de ganso” ou “pele de galinha”, que se forma em reposta ao frio ou a situações apavorantes.

3 – Em animais cujos corpos são densamente cobertos de pelos, a ereção dos pelos aprisiona ar entre eles e a superfície do corpo, assim produzindo um efeito de isolação do ar quente (como um efeito estufa) e reduzindo a perda de calor do corpo.

4 – Outro uso interessante do sistema ocorre quando um animal peludo se sente ameaçado (apavorado). Em situações assim o animal eriça os pelos, aumentando ilusoriamente de tamanho para parecer, a seu oponente, um inimigo mais ameaçador do que é. Isso ocorre porque quando um animal como esse se sente ameaçado, entra em ação seu sistema nervoso simpático – arrepiando seus pelos para causar medo no adversário. Essa resposta do sistema nervoso funciona de maneira semelhante com os seres humanos.

5 – Tal mecanismo não tem utilidade relevante em nós, pois nossos corpos são carentes de pelagem, e nossos pelos – com exceção da cabeça, das axilas e da região do períneo – estão distribuídos pelo corpo de forma bem esparsa. A camada córnea de nossa pele está sempre exposta ao meio! Então o efeito de isolação térmica ao arrepiar os pelos é inútil em nós, assim como o de parecer mais ameaçador para inimigos – já que não somos suficientemente ‘peludos’ para isso e também não somos uma espécie perseguida por predadores naturais.

6 – Certo! Então para que temos esses tais “Músculos Eretores do pelo” se eles não nós tem serventia? Porque um ser vivo seria criado com algo que lhe é inútil? Será que foi um erro de projeto? Bem, em primeiro lugar, nós, humanos, não fomos criados. Nós evoluímos de seres ancestrais e primitivos, esses, por sua vez, evoluíram de ancestrais mais primitivos ainda. Esse processo, às vezes, pode demorar alguns dias – como em bactérias – mas pode demorar milhões de anos, como em elefantes, golfinhos ou em seres humanos.

7 – Há 3 milhões de anos atrás (aproximadamente), vivia na África um ancestral direto de nossa espécie: O Australopithecus afarensis. Ele era capaz de, assim como nós, andar sobre duas pernas. Porem, diferente de nós, eles eram baixos (pouco mais de 1m), tinham cérebros pequenos e os corpos cobertos de pelo. Já que seus corpos eram densamente cobertos por grossa pelagem, eles sim faziam uso eficaz dos “Músculos Eretores do pelo”.

8 – Então, 1 milhão de anos depois, o Australopithecus afarensis originou 3 novas espécies: o Paranthropus boisei (acima), o Homo habilis (no centro) e uma variação do Homo habilis, o Homo rudolfensis (abaixo). Porém, todos os 3, ainda possuíam densa pelagem em seus corpos.

9 – Quando então finalmente, aproximadamente 500 mil anos depois, o Homo habilis se derivou em uma nova espécie: o Homo ergaster. O H. ergaster era semelhante a nós em muitas coisas. Já possuíam um cérebro muito desenvolvido e, possivelmente, a capacidade de se comunicar através de ‘palavras’ – adaptações que foram fundamentais para sua sobrevivência. No entanto, a adaptação que interessa aqui é outra: os H. ergaster perderam pelo!

10 – Estando na áfrica, um milhão e meio de anos atrás, poderíamos ver as sementes de humanidade se desenvolvendo nesses homens. Mesmo em temperaturas altíssimas dos desertos africanos, os H. ergaster percorriam grandes distâncias a uma boa velocidade. Isso porque eles desenvolveram o mais sofisticado sistema de arrefecimento de todos os animais da Terra. O longo nariz – de aspecto moderno – arrefecia e umedecia o ar enquanto respiravam. O corpo sem pelos deixava escapar o ar mais facilmente e milhões de glândulas minúsculas na sua pele faziam com que transpirassem para controlar a temperatura. Essas adaptações foram muito úteis para a sobrevivência deles naquela região, pois enquanto outros animais se sentavam a sombra, o H. ergaster poderia andar a vontade ao sol.

11 – Assim a evolução seguiu seu curso por mais algumas centenas de milhares de anos e, de geração em geração, a arvore da vida foi ganhando mais galhos. Outras espécies como o Homo erectus e o Homo neanderthalensis também fazem parte desta história até nós – Homo sapiens. Alguns desses antepassados são nossos ancestrais diretos e outros não, mas essa parte da historia não precisa ser retratada aqui.

12 – Dessa forma – nós – os homo sapiens, não possuímos mais a densa pelagem no corpo que há muito foi perdida devido a adaptações de nossos antepassados e a sua luta pela sobrevivência. Porém ainda guardamos ativas, em cada uma de nossas células, as instruções gênicas responsáveis pela produção e funcionamento dos músculos eretores do pelo em nosso corpo. Apesar de na prática não tirarmos proveito desses músculos, eles são uma herança – não eliminada pela seleção natural – que herdamos de nossos antepassados peludos.

Os músculos eretores do pelo são um exemplo de característica anatômica que tinha importante funcionalidade para nossos antepassados, mas hoje, para nós, não têm utilidade prática. São apenas um vestígio – ou quem sabe até uma janela – janela essa por onde podemos observar nosso passado e entender nossa historia. Porem, em formas de vida atuais, não só os músculos eretores possuem tais peculiaridades. Apresento-lhes os Órgãos Vestigiais.

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Créditos das imagens:

Ancestrais humanos: Documentário WALKING WITH CAVEMEN (BBC)