A Biologia é a ciência que estuda os seres vivos.
Existem algumas definições possíveis sobre o que é um ser vivo. Para alguns, ser vivo é todo organismo que se alimenta e cresce, que apresenta metabolismo próprio (metabolismo é o conjunto de reações químicas internas para obtenção de energia), que é capaz de se reproduzir independentemente, sem necessitar de células de outra espécie, e que evolui ao longo do tempo. De acordo com essa definição, os vírus, por exemplo, não são seres vivos, pois eles falham em todos os critérios, salvo a reprodução e a evolução.
Por outro lado, há quem defenda uma definição mais abrangente, entendendo ser vivo como todo organismo que guarda e transmite material genético, se reproduz e evolui ao longo do tempo. De acordo com essa definição, os vírus são, sim, seres vivos. Apesar disso, a maioria dos cientistas ainda considera os vírus como entidades à parte, já que dependem de células hospedeiras para se reproduzir.
Independentemente da definição adotada, os seres vivos são estudados em diferentes níveis de organização, desde sua estrutura mais elementar, os átomos, até grandes ecossistemas. O nível mais elementar é o dos átomos, que constituem toda matéria, ou seja, tudo que tem massa, ocupa lugar no espaço, apresenta inércia a menos que haja uma força externa, entre outras propriedades. Átomos de diferentes elementos se combinam, em quantidades determinadas, para formar moléculas de substâncias. As moléculas, por sua vez, formam organelas celulares. Estas, por sua vez, são a unidade básica da vida.
Assim como a matéria pode ser dividida em partes cada vez menores, mantendo suas propriedades gerais, até se chegar ao átomo (quando não é mais possível dividir mantendo essas propriedades), a vida também tem sua unidade básica, que é a célula. Esta apresenta todas as características de um ser vivo: se alimenta, possui metabolismo, se reproduz.
As células eucariontes (mnemônico: EU tenho células EUcariontes) possuem membrana plasmática, citoplasma (um fluido gelatinoso que preenche a célula) e núcleo. No citoplasma localizam-se as organelas (em grego, “pequenos órgãos”), que são estruturas com funções variadas. Uma delas é a mitocôndria, que surgiu da simbiose entre bactérias e outras células. Essas bactérias “alugaram” um lugar dentro de outras células, fornecendo, como retribuição, energia extra.
Já no núcleo da célula eucarionte fica guardado o material genético: DNA (que guarda informação genética em sua estrutura de dupla hélice) e RNA (que participa da execução das instruções guardadas no DNA, coordenando a produção de proteínas).
As células procariontes, por sua vez, são mais simples, também possuindo membrana plasmática e citoplasma, mas sem núcleo: o material genético fica disperso no citoplasma, assim como as organelas, que nesse caso são não membranosas (não há mitocôndria, por exemplo), mas possuem ribossomos, que fabricam proteínas.
Se não considerarmos os vírus como seres vivos, então todos os seres vivos (eucariontes e procariontes) existentes atualmente possem tanto DNA quanto RNA. Os vírus sempre possuem um, mas apenas um, entre DNA e RNA.
As células formam tecidos, que formam órgãos, que formam sistemas, que formam organismos. Vários organismos de mesma espécie, habitando uma determinada área, constituem uma população biológica. Vários organismos de espécies diferentes, que coabitam uma determinada área e interagem entre si, constituem uma comunidade biológica. Uma comunidade biológica somada aos fatores ambientais (clima, vegetação) do local constitui um ecossistema. E ao conjunto de todos os ecossistemas do planeta dá-se o nome de biosfera.
Existem algumas hipóteses sobre a origem da vida. Para a abiogênese, também chamada de geração espontânea, a vida surge a partir da matéria inanimada. Um experimento famoso feito no passado consistiu em depositar grãos num quarto fechado, escuro e úmido, no qual, depois de pouco tempo, apareciam ratos. Estes teriam, supostamente, surgido a partir da abiogênese.
Essa teoria foi descartada pelo médico italiano Francesco Redi, que colocou carne em dois potes, um dos quais ele vedou com gaze. Redi constatou o aparecimento de ovos e larvas de moscas apenas no pote não vedado. Esses ovos e larvas teriam sido depositados por moscas que entraram no pote, atraídas pela carne. Dando sequência aos experimentos que derrubaram a abiogênese, Spallanzani verificou que um caldo, após ter sido fervido e vedado hermeticamente, custava a apodrecer e também ficava livre de vermes. Finalmente, Pasteur realizou seu famoso experimento, colocando caldo nutritivo num frasco com gargalo em forma de pescoço de cisne. Aquecendo o gargalo e fervendo o caldo, este se mantinha livre de microrganismos, mesmo em contato com o ar.
Com isso, surgiu a biogênese, a teoria aceita atualmente pela ciência, segundo a qual todo ser vivo se origina de outro ser vivo por meio da reprodução.
Mas, como surgiram os primeiros seres vivos?
De acordo com a panspermia, a vida na Terra originou-se fora dela, tendo sido trazida pela queda de meteoros no planeta. Outra teoria, a da evolução química, diz que a vida surgiu na Terra como resultado de um processo de evolução química:
- Substâncias Inorgânicas
Hidrogênio Molecular (H₂), Metano (CH₄), Amônia (NH₃), Vapor de Água (H₂O), Gás Carbônico (CO₂), Gás Nitrogênio (N₂).
- Moléculas Orgânicas Simples
Aminoácidos, Monossacarídeos (como a Glicose e a Ribose), Ácidos Graxos, Bases Nitrogenadas.
- Moléculas Orgânicas Complexas
Ácidos Nucleicos (RNA e DNA), Proteínas (formadas por aminoácidos), Lipídios, Polissacarídeos.
- Coacervados e Protobiontes
As proteínas se agregaram em estruturas chamadas coacervados, ainda sem uma membrana verdadeira. Os coacervados não são seres vivos, mas representam uma etapa intermediária entre a matéria não viva e as primeiras formas de vida. Posteriormente, os lipídios tiveram uma função crucial na formação de membranas, separando o meio interno do externo, dando origem aos protobiontes, munidos de membranas rudimentares, aproximando-se das primeiras células.
- Moléculas Autorreplicantes
RNA (Ácido Ribonucleico), Ribozimas – segmentos de RNA com atividade catalítica, ou seja, com ação de enzimas.
- Primeiras Células (seres vivos simples)
Células Procariontes Primitivas – com RNA, proteínas, lipídios de membrana e metabolismo próprio.
Um experimento que deu força à teoria da evolução química foi o experimento de Miller-Urey. Esses dois cientistas colocaram água num sistema fechado. A água era aquecida. O vapor passava por uma mistura de gases (vapor d’água H2O + gás hidrogênio H2+ gás metanp CH4 + amônia NH3) e se juntava a eles. Depois, passava por descargas elétricas, simulando raios. Por fim, o vapor era resfriado, para condensar e voltar ao início. Esse experimento possibilitou a síntese abiótica de aminoácidos. Apesar de hoje se saber que a composição da atmosfera primitiva da Terra era diferente da usada por Miller e Urey, o experimento teve grande influência por demonstrar que moléculas orgânicas podiam surgir a partir de compostos simples e energia.
De acordo com a teoria mais aceita atualmente, a ordem de surgimento dos seres vivos foi:
- Quimiolitoautotróficos (Procariontes)
Produzem suas próprias substâncias orgânicas a partir da energia liberada por reações químicas com compostos inorgânicos. Exemplo atual: algumas bactérias que vivem em ambientes extremos, como fontes termais e abissais.
- Anaeróbios (Procariontes e, depois, vários Eucariontes)
Produzem energia sem usar oxigênio. Os primeiros foram os heterotróficos fermentativos, que obtinham energia a partir da fermentação, reação química na qual substâncias orgânicas são transformadas em energia e outros produtos, tudo isso sem uso de oxigênio, que ainda não existia em abundância no ambiente. Exemplo atual: leveduras (fungos) usadas na produção de pão e cerveja.
- Autotróficos Fotossintetizantes (Procariontes ou Eucariontes)
Produzem energia por meio da fotossíntese, utilizando água, gás carbônico e luz do Sol. Exemplo atual: cianobactérias e plantas.
- Seres Vivos que Realizam Respiração Aeróbia (Procariontes ou Eucariontes)
Usam o oxigênio do ar para obter energia. Surgiram após o acúmulo de O₂ na atmosfera. Exemplo atual: várias bactérias e a maioria dos animais.