{"id":5143,"date":"2019-02-01T05:33:48","date_gmt":"2019-02-01T07:33:48","guid":{"rendered":"http:\/\/tdibrasil.org\/?p=5143"},"modified":"2021-10-10T12:13:21","modified_gmt":"2021-10-10T15:13:21","slug":"a-termodinamica-da-origem-da-vida","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/tdibrasil.org\/index.php\/2019\/02\/01\/a-termodinamica-da-origem-da-vida\/","title":{"rendered":"A Termodin\u00e2mica da Origem da Vida"},"content":{"rendered":"
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Ilustra\u00e7\u00e3o: c\u00e9lulas \/ \u00a9<\/center><\/figcaption><\/figure>\n
\n

Por Brian Miller<\/strong> (adaptado)<\/span><\/em><\/p>\n

Artigos de sites populares tratando de pesquisas sobre a origem da vida t\u00eam frequentemente retratado o campo como avan\u00e7ando constantemente e convergindo rapidamente em uma explica\u00e7\u00e3o puramente materialista para a primeira c\u00e9lula aut\u00f4noma.\u00a0No entanto, o verdadeiro estado das coisas \u00e9 muito mais sombrio.\u00a0O ponto alto do otimismo foi realmente na d\u00e9cada de 1950, quando o experimento de Stanley Miller produziu v\u00e1rios dos blocos de constru\u00e7\u00e3o da vida.\u00a0Infelizmente, os ge\u00f3logos mais tarde reconheceram que os gases usados \u200b\u200bnaquele experimento n\u00e3o correspondiam \u00e0 qu\u00edmica da Terra primitiva.\u00a0Quando refeitos com os que realmente estavam presentes, os experimentos produziram\u00a0poucos blocos de constru\u00e7\u00e3o em quantidades suficientes para contribuir para os cen\u00e1rios da origem da vida<\/a>.\u00a0Al\u00e9m disso, um exame atento das tentativas modernas de sintetizar os precursores da vida revela que\u00a0a forma\u00e7\u00e3o de muitos deles na Terra primitiva em quantidades significativas \u00e9 virtualmente imposs\u00edvel<\/a>.\u00a0No entanto, o desafio mais fundamental da termodin\u00e2mica supera at\u00e9 mesmo esses obst\u00e1culos.<\/p>\n

Argumentos comuns sobre a origem da vida tradicionalmente focalizam a improbabilidade de a vida se formar por acaso.\u00a0Talvez o mais famoso seja o do f\u00edsico Fred Hoyle, que calculou a probabilidade de uma c\u00e9lula se aglutinar de aproximadamente 1 parte em 10 para a pot\u00eancia de 40.000.\u00a0Ele comparou essa probabilidade com as chances de um\u00a0tornado “arar” atrav\u00e9s de um ferro-velho e montar um avi\u00e3o a jato<\/a>.\u00a0O conceito de probabilidade est\u00e1 intimamente ligado ao da\u00a0entropia, uma vez que a probabilidade \u00e9 proporcional ao n\u00famero de configura\u00e7\u00f5es (N) em que algum estado pode ocorrer, e a\u00a0entropia \u00e9 proporcional ao log de N<\/a>.\u00a0Por exemplo, o n\u00famero de maneiras pelas quais as mol\u00e9culas de \u00e1gua podem se organizar no estado s\u00f3lido \u00e9 muito menor do que as formas num\u00e9ricas nos estados l\u00edquido ou gasoso, de modo que o gelo \u00e9 o estado com a menor entropia.\u00a0Devido a esta conex\u00e3o, o argumento de probabilidade \u00e9 frequentemente reafirmado da forma que a natureza tende a se mover de estados de baixa entropia para entropia mais alta, o que significa simplesmente que a natureza se move em dire\u00e7\u00e3o a estados que s\u00e3o altamente prov\u00e1veis<\/strong>.\u00a0Essa tend\u00eancia \u00e9 conhecida como a segunda lei da termodin\u00e2mica.<\/p>\n

Esses argumentos soam impressionantes no come\u00e7o, mas na verdade s\u00e3o incompletos.\u00a0Quase todos os pesquisadores reconhecem que a primeira c\u00e9lula n\u00e3o poderia ter surgido por acaso.\u00a0Em vez disso, acreditam que alguns processos f\u00edsicos ajudaram a vencer as probabilidades.\u00a0Como uma analogia, nunca se poderia conseguir mil seis seguidos jogando dados justos.\u00a0No entanto, se os dados fossem viciados, esse resultado poderia ser bastante prov\u00e1vel ou at\u00e9 pr\u00f3ximo de ser garantido.\u00a0Analogamente, alguns sistemas, na verdade, movem-se naturalmente de estados de entropia superior para aqueles de baixa entropia (isto \u00e9, aparentemente baixa probabilidade) se os estados de entropia inferior tendem a ocorrer.\u00a0Tal vi\u00e9s \u00e9 criado por uma segunda tend\u00eancia de dire\u00e7\u00e3o.\u00a0Ou seja, a natureza tende a se mover de estados de energia superior para aqueles de menor energia.\u00a0Por exemplo, as rochas rolam morro abaixo, j\u00e1 que a altitude mais baixa corresponde \u00e0 menor energia gravitacional.\u00a0Da mesma forma, mol\u00e9culas de \u00e1gua se atraem, de modo que o gelo \u00e9 um estado de energia mais baixo do que a \u00e1gua ou o g\u00e1s como resultado de\u00a0mais liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio se formando, em m\u00e9dia, entre mol\u00e9culas vizinhas<\/a>.\u00a0Em temperaturas baixas o suficiente, essa atra\u00e7\u00e3o supera a tend\u00eancia de se mover em dire\u00e7\u00e3o a entropia mais alta, resultando no congelamento de \u00e1gua.<\/p>\n

Entretanto, mesmo nesses casos de entropia localmente decrescente, a segunda lei da termodin\u00e2mica n\u00e3o \u00e9 violada, pois as mudan\u00e7as s\u00e3o sempre exot\u00e9rmicas – o calor \u00e9 liberado.\u00a0O calor que sai do sistema local (por exemplo,\u00a0uma x\u00edcara de \u00e1gua gelada) e entra no ambiente circundante aumenta a entropia deste \u00faltimo em um valor maior que a diminui\u00e7\u00e3o da entropia do sistema local.\u00a0Portanto, a entropia total do universo aumenta.\u00a0O problema para todas as teorias da origem da vida agora se torna bastante evidente.\u00a0A c\u00e9lula funcional mais simples, comparada aos seus blocos de constru\u00e7\u00e3o mais b\u00e1sicos, tem entropia mais baixa e energia mais alta.\u00a0E os sistemas naturais nunca diminuem em entropia e aumentam em energia ao mesmo tempo.\u00a0Tal evento seria como conseguir incont\u00e1veis seis em uma sequ\u00eancia quando os dados est\u00e3o fortemente viciados contra o esse resultado.\u00a0Portanto, a origem da vida atrav\u00e9s de processos puramente naturais pareceria t\u00e3o implaus\u00edvel quanto a \u00e1gua em um dia quente de ver\u00e3o congelando espontaneamente ou um rio que corre morro acima, sem ajuda, por milhares de quil\u00f4metros.<\/p>\n

F\u00edsicos e qu\u00edmicos frequentemente combinam entropia e energia (ou\u00a0entalpia<\/a>) juntas no que \u00e9 chamado de\u00a0energia livre de um sistema.\u00a0A mudan\u00e7a de\u00a0energia livre \u00e9 sempre negativa para\u00a0mudan\u00e7as\u00a0espont\u00e2neas\u00a0(por exemplo, queima de madeira ou derretimento de gelo no ver\u00e3o), e est\u00e1 diretamente relacionada ao aumento total da entropia do universo.\u00a0O desafio para a origem da vida \u00e9, ent\u00e3o, explicar como bilh\u00f5es de \u00e1tomos podem se unir espontaneamente em um estado de energia livre significativamente maior.\u00a0A chance de tal evento acontecer atrav\u00e9s de flutua\u00e7\u00f5es t\u00e9rmicas foi calculada pelo biof\u00edsico Harold Morowitz como sendo menor que\u00a01 parte em 10 ao poder de cem milh\u00f5es<\/a>.\u00a0Esse n\u00famero vem diretamente de uma estimativa da energia livre da vida, e a energia livre \u00e9 uma fun\u00e7\u00e3o independente do caminho.\u00a0Portanto, essa estimativa de probabilidade m\u00e1xima n\u00e3o depende significativamente da rota te\u00f3rica que levou \u00e0 vida (por exemplo, prote\u00ednas primordiais<\/a>\u00a0versus<\/em>\u00a0mundo de RNA) ou do n\u00famero de etapas envolvidas.\u00a0A probabilidade \u00e9 sempre essencialmente zero.<\/p>\n

\u00c0 primeira vista, esta an\u00e1lise termodin\u00e2mica da origem da vida parece negar qualquer solu\u00e7\u00e3o materialista poss\u00edvel para o problema.\u00a0No entanto, os te\u00f3ricos reconhecem h\u00e1 muito tempo uma lacuna restante.\u00a0Os c\u00e1lculos de Morowitz supunham que o sistema estava em um estado quase equilibrado.\u00a0Por exemplo, algum rel\u00e2mpago poderia ter atingido uma lagoa de qu\u00edmicos pr\u00e9-bi\u00f3ticos\u00a0\u00e0 noite, fazendo com que os \u00e1tomos se juntassem em diferentes configura\u00e7\u00f5es.\u00a0A lagoa ent\u00e3o voltaria rapidamente a um estado calmo onde a temperatura, as concentra\u00e7\u00f5es e outras vari\u00e1veis \u200b\u200bpermaneceriam razoavelmente uniformes.\u00a0No entanto, muitos argumentam que a origem da vida ocorreu em um sistema fortemente afastado do equil\u00edbrio, como um lago submetido a luz solar intensa ou no fundo do oceano perto de uma fonte hidrotermal inundando seus arredores com \u00e1gua superaquecida e produtos qu\u00edmicos de alta energia.\u00a0Tais configura\u00e7\u00f5es s\u00e3o comumente chamadas de sistemas dissipativos de n\u00e3o-equil\u00edbrio.\u00a0Sua caracter\u00edstica comum \u00e9 que a termodin\u00e2mica cl\u00e1ssica se decomp\u00f5e, de modo que as an\u00e1lises anteriores n\u00e3o se sustentam completamente.\u00a0Em vez disso, os princ\u00edpios da termodin\u00e2mica de n\u00e3o-equil\u00edbrio devem ser aplicados, que s\u00e3o muito mais complexos e menos bem compreendidos.\u00a0Al\u00e9m disso, espera-se que a energia dessas fontes externas permita que a barreira de energia livre seja superada.<\/p>\n

No entanto, tais apelos aos sistemas de n\u00e3o-equil\u00edbrio fazem pouco para resolver os problemas termodin\u00e2micos b\u00e1sicos.\u00a0Primeiro, nenhum sistema poderia ser mantido longe do equil\u00edbrio por mais de um per\u00edodo de tempo limitado.\u00a0O sol se p\u00f5e durante o dia e a \u00e1gua superaquecida no fundo do oceano acabaria migrando para longe de quaisquer fontes hidrotermais.\u00a0Qualquer progresso feito no sentido de formar uma c\u00e9lula seria perdido \u00e0 medida que o sistema se voltasse para o equil\u00edbrio (menor energia livre) e, portanto, para longe de qualquer estado que se aproximasse da vida.\u00a0Em segundo lugar, a entrada de energia bruta solar, t\u00e9rmica ou outras formas de energia realmente\u00a0aumentam a entropia do sistema, movendo-o, assim, na dire\u00e7\u00e3o errada.\u00a0Por exemplo, a\u00a0luz ultravioleta do sol<\/a>\u00a0ou o calor das\u00a0fontes hidrotermais<\/a>\u00a0formariam menos facilmente as estruturas qu\u00edmicas complexas necess\u00e1rias \u00e0 vida do que as quebrariam.\u00a0Finalmente, em sistemas de n\u00e3o-equil\u00edbrio as diferen\u00e7as de temperatura, concentra\u00e7\u00f5es e outras vari\u00e1veis \u200b\u200batuam como for\u00e7as termodin\u00e2micas que conduzem a transfer\u00eancia de calor, difus\u00e3o e outros fluxos termodin\u00e2micos.\u00a0Esses fluxos criam\u00a0fontes microsc\u00f3picas de produ\u00e7\u00e3o de entropia<\/a>, afastando novamente o sistema de qualquer estado de entropia reduzida associado \u00e0 vida.\u00a0Em suma, os processos que ocorrem em sistemas de n\u00e3o-equil\u00edbrio, como em suas contrapartes de quase-equil\u00edbrio, geralmente fazem o oposto do que \u00e9 realmente necess\u00e1rio.<\/p>\n

\n

Original: Brian Miller<\/strong>.\u00a0Thermodynamics of the Origin of Life<\/a>. June 19, 2017.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Artigos de sites populares sobre a origem da vida t\u00eam frequentemente retratado o campo como avan\u00e7ando constantemente e rapidamente para explicar a primeira c\u00e9lula aut\u00f4noma. 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