O que é vida?

Siphonophorae, Plate XXXL, By Ernst Haeckel

"Posso apresentar todos os tipos de justificações morais pretensiosas para essa abordagem (e realmente acredito em todas), mas o motivo básico é simples e pessoal. Escrevo estes ensaios sobretudo para auxiliar meu propósito de aprender e compreender o mais possível sobre a natureza no pouco tempo que me cabe." — Stephen Jay Gould, O Sorriso do Flamingo

Stephen Jay Gould escrevia mais para si mesmo do que para os outros e creio eu que, lá no fundo, esse é o objetivo de todo pensador. Escrever é uma maneira de debater ideias conosco mesmo e só então organizá-las de maneira razoável. Nos deparamos diariamente com tantos conceitos enraizados em nossa rotina que nunca refletimos sobre seu real significado, muitos deles pilares do nosso conhecimento, porém ao visualizá-los, seu significado não se faz claro. As vezes, é necessário voltar à esses conceitos, deixar de lado a memorização robotizada que normalmente é exigida durante nosso aprendizado e refletir por si só sobre seu significado.

É esse tipo de motivação pessoal que levou o físico quântico, Erwin Schrödinger, a escrever O Que é Vida?, uma tentativa de entender o que são os seres vivos pela óptica do seu campo de estudo. Em homenagem à esse trabalho que muito admiro, tomo a liberdade de pegar emprestado o título de tal ensaio, para fazer aqui a minha própria divagação sobre o meu objeto de estudo.

Ainda me lembro das aulas de biologia no ensino fundamental, quando aprendíamos que os seres vivos nascem, crescem, se reproduzem e morrem. Sempre mantive essa definição memorizada e foi só durante a faculdade de Biologia, ao ser indagado sobre o que era um ser vivo, que passei a refletir sobre o seu significado de fato. Naquela ocasião, a definição ganhou mais dois conceitos: os seres vivos tem metabolismo e possuem hereditariedade. Até hoje a ciência não considera como definitiva nenhuma definição do conceito e algumas definições brigam entre si — ainda não existe um consenso, por exemplo, se os vírus devem ou não serem considerados vivos (não são!!!).

A problemática é que esses conceitos não se sustentam por si só, ou seja, podemos aplicar a mesma definição à sistemas não vivos! Por exemplo, Richard Dawkins chama atenção à isso, em A Grande História da Evolução, quando ressalta que o fogo pode ser considerado um ser vivo, já que ele também nasce, cresce, se reproduz e morre. Podemos aplicar o mesmo conceito até mesmo para as rochas ou objetos abstratos, como os idiomas — que possuem até mesmo hereditariedade. Por isso, mais importante que as definições em si, é construir o conceito de vida em partes e refletir sobre esses passos.

Os seres vivos são antes de mais nada, compostos por átomos e moléculas como quase toda matéria existente no universo. A diferença rudimentar entre uma estrela, uma pedra e um porco, é a quantidade, identidade e a organização dos átomos contidos nesses objetos. Podemos começar dizendo que os seres vivos são sistemas biofísicos!

A Organização é Essencial

Chamamos de sistema um conjunto de elementos organizados de tal forma a desempenharem alguma função. A organização se refere à posição dos elementos e à qualidade das inter-relações entre eles, veja que a ordem é essencial para o funcionamento de um sistema: mesmo que seus elementos possam ser organizados de qualquer maneira, o funcionamento do sistema depende de estados específicos de organização. Imagine um sistema hipotético formado pelos elementos A,B,C e D, que só seja funcional sempre que organizado começando com a letra A, tal sistema teria apenas 6 estados de organização funcionais dentro de 24 possíveis:

ABCD ACDB

ABDC ADBC

ACBD ADCB

Embora seus elementos possam ser organizados de qualquer forma — BCDA não seria funcional, por exemplo. Isso é facialmente visualizado no mundo real: um sistema político só funciona porque as pessoas que fazem parte dele possuem cargos específicos que se relacionam de maneira definida com outros cargos, a mudança aleatória dessas relações põe todo o sistema em colapso; um computador só é funcional, porque todos os seus elementos tem uma localização definida e se comunicam entre si de forma organizada; uma molécula só executa determinada função se estiver num grau específico de organização — seus isômeros podem ser funcionais ou não — caso seus átomos sejam trocados de lugar a molécula perde forma e função. O rompimento das ligações existentes numa molécula de H2O, substitui a água por gases.

Não é diferente com os seres vivos, nós somos sistemas biofísicos — formados por átomos, moléculas orgânicas, células, órgãos, etc... — funcionais apenas quando nos encontramos em determinados estados de organização. É possível pegar um ser humano adulto, com seus septilhões? octilhões? de átomos e mudar um ou outro átomo de lugar sem comprometer o funcionamento do indivíduo, mas e se forem trocados aleatoriamente todos os seus átomos: imagine as cinzas resultantes de um processo intenso de incineração — onde não se perca nenhuma molécula, normalmente por evaporação da água e outros compostos voláteis — se comparadas com um ser vivo saudável, na prática, a principal diferença entre os dois é o grau de organização. Os elementos básicos do sistema, os átomos, não são destruídos pelo fogo, são apenas "embaralhados".

O Universo Tende a se Desorganizar

A física chama de entropia o grau de desordem. Um sistema fechado, organizado e funcional tende a se desorganizar (aumento da entropia) com o passar do tempo, como prevê o segundo princípio da termodinâmica. Não pretendo entrar aqui nos preâmbulos da física físicos, mas isso tem haver com o fato de todos os elementos microscópicos do universo estarem sempre vibrando e essa vibração constante — que nós medimos por meio da temperatura — leva à desorganização gradual dos elementos de um sistema.

A única maneira de um sistema reverter essa desorganização (ou reduzir a entropia) é através do consumo de energia, que é necessária antes de mais nada para o próprio funcionamento de qualquer sistema. Em sistemas isolados, como é o caso do Universo, não ocorre a entrada de energia, porém sistemas abertos podem obter energia de meios externos. É aqui que os seres vivos se enquadram, nós somos sistemas abertos que utilizamos energia do ambiente para diminuir a entropia, ou seja, para nos mantermos organizados. Para entender melhor isso é necessário falar sobre energia.

Um Passeio pelo Fluxo de Energia

Acredito esse seja de longe o conceito científico mais mal utilizado no senso comum. Muitas pessoas confundem energia com estados subjetivos da consciência, ao dizer coisas como "eu senti uma energia ruim nesse lugar" ou "preciso realinhar minhas energias meditando". Também há quem veja a energia como matéria prima bruta, como se existissem minas de energia livre prontas para serem utilizadas. O grande erro é considerar a energia como uma entidade existente por si só, quando na verdade a energia é uma propriedade da matéria. Por exemplo, utilizamos as características altura e massa para descrever um objeto, mas não esperamos encontrá-las como entidades livres na natureza — a altura será sempre a altura de alguma coisa. O mesmo ocorre com a energia: ela é uma propriedade de um corpo, não existe por si só, é a matéria que pode possuir mais ou menos energia.

A melhor maneira de compreender a energia é pensar no movimento. A energia descreve a capacidade de produzir trabalho — a medida de energia gasta na ação realizada quando, se aplica uma força para mover algo — é sensato pensar em como ela está relacionada com a movimentação desse corpo. Um outro detalhe importante, é que a energia sempre flui de um corpo com mais energia para um com menos energia, até que a energia de ambos se igualem. Sem se aprofundar nos detalhes físicos, apenas façamos um exercício mental: imagine uma bola em movimento! Durante o trajeto, ela está consumindo energia potencial que só pôde ser obtida de algum outro objeto com mais energia. Tentemos retroceder o mais longe que for possível, para vermos os caminhos pelos quais a energia fluiu.

A bola possuía uma quantidade de energia quando em repouso, mas para executar o trabalho — sair do ponto A para o B sob a aplicação de alguma força — precisou ter sua energia aumentada. Energia esta que será gasta durante o trajeto, trocada com a atmosfera ou com o solo durante o atrito, até o ponto em que esteja baixa novamente e a bola parada. Agora digamos que a energia que moveu a bola veio do chute de uma pessoa. Da mesma forma que a bola precisou aumentar sua energia para se mover, o mesmo aconteceu com a perna, que executou trabalho ao se mover de um ponto à outro. A movimentação da perna é obtido mediante a contração e relaxamento de fibras musculares que puxam o esqueleto e isso só é possível graças ao deslizamento da molécula de actina sobre a miosina, que encurta ou prolonga a fibra muscular. Assim como os corpos macroscópicos utilizam energia para realizar trabalho, o mesmo ocorre no mundo microscópico: toda a movimentação molecular só existe porque cargas opostas se atraem, por isso, para a realização de trabalho é preciso o ganho ou perda de cargas elétricas.

Em tese, todas as moléculas procuram repouso se ligando à outras moléculas, atingindo conformações estáveis e inviabilizando novas ligações, ou seja, moléculas sem nenhuma carga estão estabilizadas, com a mesma quantidade de energia umas das outras e não realizam nenhuma ligação — portanto, na ausência de uma fonte externa de energia, as ligações moleculares ocorreriam apenas uma única vez. A movimentação molecular ocorre quando as moléculas ganham ou perdem carga. Dentro dos seres vivos, a constante alteração na carga elétrica das moléculas é mediada pelo ATP (Adenosina Trifosfato), uma molécula carreada em sua estrutura de outros grupos químicos muito energéticos (Fosfato), que vão descarregar grandes quantidades de carga negativa dentro dos sistemas biológicos. O ATP "busca" estabilidade liberando cargas negativas para o sistema, que serão utilizadas por outras moléculas para ganhar potencial e realizar trabalho novamente, fazendo com que o próprio ATP se converta em ADP (Adenosina Difosfato), uma molécula mais estável. A energia necessária para adicionar cargas elétricas na Adenosina Difosfato, por sua vez, vem da decomposição de moléculas de alto potencial energético, os Carboidratos, que são adquiridos através da alimentação.

Podemos notar que todos os processos bioquímicos são realizados, porque as moléculas estão sempre buscando uma conformação mais estável, e moléculas mais energéticas tem a capacidade de liberar mais cargas no sistema, provocando trabalho. Toda essa "energia primordial" dos sistemas biológicos, vem dos consumidores primários — as plantas e algas que realizam fotossíntese. Uma radiação, forte o suficiente, varre as moléculas de clorofila liberando elétrons de sua estrutura e criando uma torrente de carga negativa no interior das células. Esses elétrons livres são armazenados em outras moléculas e acumulados sob a forma de carboidrato.

Mas o exercício ainda não terminou, se podemos ver até aqui movimentos causados por outros movimentos, ainda precisamos entender qual é a causa da radiação. A radiação são partículas, fótons, em alta velocidade expelidas pelo Sol — esses fótons podem ser encontrados em diferentes velocidades, aqueles com menor energia não são capazes de causar modificação na estrutura da clorofila, enquanto fótons energéticos demais podem destruir moléculas orgânicas inteiras. O movimento que expele eles de dentro do Sol, é o colapso entre dois átomos de Hidrogênio, que são esmagados pela imensa gravidade existente no interior de nossa estrela. Veja como qualquer movimento na face da Terra, pode ter seu fluxo de energia rastreado até o Sol. Uma vez que o Sol não é "pesado" o bastante para fundir o Hélio produzido, nós só teremos energia enquanto existirem átomos de Hidrogênio no interior da estrela, após isso, terá se esgotado toda nossa fonte de energia disponível.

O mais importante de todo esse exercício, é perceber que todo trabalho só pode ser realizado na presença de uma fonte de energia maior — não é preciso ser muito esperto, para entender que uma bola chutada seria uma fonte inapropriada de energia, para empurrar um automóvel, por exemplo — e que a energia sempre flui de corpos com muita energia para corpos com pouca energia e vai se exaurindo ao longo do processo — essa energia é perdida principalmente pela vibração das moléculas, um movimento intrínseco das partículas, responsável pelo calor. Quando dizemos que uma molécula busca estabilidade, não se trata de uma ação intencional, é simplesmente dizer que enquanto ela possui mais energia que o ambiente circundante, ela estará em movimento trocando energia com esse ambiente e que quando essa troca for finalizada, ambos, o ambiente e a molécula terão a mesma quantidade de energia e ela estará parada (ou estabilizada).

Toda a organização do universo como conhecemos, desde a existência de átomos, moléculas, estrelas, galáxias e outras estruturas, só ocorre devido a concentração diferencial de energia, onde a energia flui de locais com alta concentração energética para locais com menos concentração. Como a energia não é criada e nem destruída, espera-se que ela se espalhe até um momento onde toda a região do espaço tenha a mesma quantidade de energia, nesse estado, não existiria movimentação nenhuma, ao ponto que nem os átomos poderiam existir organizados como conhecemos, nesse ponto o universo seria então uma sopa de partículas basais paradas, umas ao lado das outras. Esse seria um estado onde a entropia do universo seria máxima, pois não existiria organização. A organização do universo só existe graças a energia distribuída de maneira não uniforme, uma vez que a energia flui, a entropia está sempre aumentando e o movimento em algum momento cessará. Uma maneira poética de ver a coisa, é que nossa existência se passa nos momentos breves após uma grande explosão, vivemos nas fagulhas do Big Bang, que em algum momento se apagarão.

O conceito de entropia é atrelado ao de energia, justamente por ser necessária energia para gerar movimentação e movimentação para agregar partículas em átomos, esses em moléculas e então sistemas organizados em geral. Esse é o motivo principal de os seres vivos precisarem se alimentar: eles são sistemas biofísicos gerados a partir de umas poucas células, que aumentam de tamanho e complexidade, aproveitando a energia disponível no ambiente para assimilar a matéria prima que irá compor seus corpos, realizar ações e fazer a manutenção do sistema — mantendo sua organização ao longo do tempo. Outra característica fundamental dos sistemas vivos é a maneira como é realizada a obtenção dessa energia.

O Jeito Singular de Buscar Energia

Aranha do gênero Deinops. Essas aranhas tecem uma espécie de tarrafa para capturar ativamente suas presas.

Todos os outros sistemas do universo são inanimados, ou seja, a depender da energia disponível e pelas leis da física, eles vão se organizar de uma maneira pré-determinada e passiva, é dessa maneira que são formados os átomos, moléculas e estrelas — isso explica porque o universo é cheio de formas esféricas, pois esse é o formato geométrico onde todos os elementos de um sistema físico estão equidistantes com a energia distribuída de forma homogênea, as quinas existentes numa forma geométrica consomem mais energia para serem formadas. Os seres vivos por outro lado são os únicos sistemas no universo que procuram por energia de forma ativa.

Os sistemas vivos tem a capacidade única de perceber o ambiente a sua volta. Eles fazem isso por meio dos sentidos, captando os sinais emitidos pelo ambiente através de órgãos sensoriais como olhos, narinas, pele, antenas, ampolas de Lorenzini etc., e através desse feedback conseguem modular suas ações de acordo com as condições ambientais. É por esse motivo que os seres vivos "fazem coisas", são as únicas entidades no universo que possuem essa capacidade, que nós chamamos de comportamento. Dentre todos os sistemas existentes formados pela distribuição desigual de energia, apenas os seres vivos conseguem perceber e explorar o ambiente à sua volta lutando, fugindo, respirando, dormindo, hibernando, voando etc., sempre a procura de energia, adaptando-se e especializando-se à diferentes condições físicas. O ato do comportamento também demanda energia para ser realizado, portanto a energia buscada pelo organismo deve suprir tanto suas ações diárias, como o desenvolvimento corporal e a reversão da entropia.

E qual a grande razão de um sistema buscar energia ativamente, visando preservar a ordem intrínseca de seus elementos e acima de tudo sobreviver? Isso tudo é efeito com um único intuito, que é replicar uma molécula fundamental presente em todos os seres vivos: o DNA!

O DNA e a Hereditariedade

O DNA é o grande responsável por outra importante característica dos seres vivos, a hereditariedade. O objetivo maior de todo e qualquer organismo é passar a diante uma cópia dessa molécula, acontece que as moléculas de DNA não são completamente iguais. Embora sejam estruturalmente parecidas, elas são compostas pela sequência de milhares de nucleotídeos — na realidade, os nucleotídeos são apenas quatro (Adenina, Timina, Citosina e Guanina), ou cinco se considerarmos a Uracila presente no RNA, repetidos várias vezes — sequências essas que diferem da molécula de um indivíduo para outro. Essa variação guarda informações únicas de cada indivíduo e ao passar uma cópia do seu DNA adiante, o organismo está mantendo viva uma parte de sua informação genética. Não é difícil presumir que indivíduos próximos, como pais, irmãos, espécies ou populações, tenham o DNA mais parecido entre si do que quando comparamos espécies diferentes.

Nesse ponto eu concordo com a visão que Richard Dawnkins apresenta em O Gene Egoísta: o organismo é apenas uma estrutura adequada para a sobrevivência do DNA, é o que dá suporte para ele até o momento exato de sua replicação. As moléculas de DNA são grandes moléculas apenas relativamente estáveis e é o organismo onde essa molécula está inserida, que permite que ela ocupe os vários ambientes do planeta. Essa é uma maneira de ver a coisa toda, as moléculas de DNA precisam se replicar e para sobreviverem ao ambiente, se dispersarem e competirem entre si, utilizam o organismo em torno delas.

E para que passar apenas uma parte da informação genética a diante ao invés de usar a energia para se manter sempre no ambiente? A entropia dita as regras mais uma vez.

e Morrem...

Como o aumento da entropia é uma constante no universo, todos os sistemas estão fadados à perecer em algum momento. Mesmo que os seres vivos consigam utilizar energia em sua auto reparação e reverter o aumento da entropia, esse efeito não é duradouro, em algum determinado momento as funções fisiológicas do organismo irão começar a falhar e o indivíduo irá morrer. A ciência não sabe exatamente quais são os mecanismos bioquímicos que levam à senescência, mas tudo está relacionado a ordem do sistema e aumento da entropia. Simplesmente nada é eterno, mesmo na presença de energia a desordem está sempre aumentando e para as entidades vivas, esse aumento é mortal. Por isso o DNA precisa se replicar no momento oportuno, momento quando o organismo apresenta o maior ajustamento ao ambiente e antes que a entropia destrua o sistema.

"Nada Existe senão Átomos e o Espaço Vazio" — Demócrito de Abdera

Os seres vivos são então sistemas biofísicos, que buscam energia ativamente, para se desenvolverem e reverter a entropia até onde seja possível. O fazem através do comportamento, mediado pelo metabolismo, com intuito de produzir cópias de sua informação genética no momento oportuno. Olhando com viés puramente determinista um ser vivo não é muito diferente de outros sistemas presentes no universo, mas a existência do comportamento é que deixa a coisa toda mais interessante e fascina o pensamento humano. Esse detalhe crucial é um dos maiores mistérios do universo e até o momento está além do nosso alcance, a menos que observemos o fenômeno em tempo real, o limiar de onde surge o ser vivo pode ser que nunca seja descoberto.

Esse é o panorama do que sabemos sobre a vida: a energia fornecida pelo Sol e também por fontes internas de calor do nosso planeta, agruparam átomos em moléculas orgânicas e em algum momento uma molécula surgiu no mar e começou se auto-replicar. Durante o processo de replicação é de se esperar que começaram a surgir as primeiras diferenças entre essas moléculas. Com o aumento da quantidade, elas passaram a competir por matéria prima e energia e é nesse ponto que a seleção natural começou a agir, selecionando as variedades mais bem adaptadas ao ambiente. A partir daí se deu todo o processo evolutivo amplamente descrito nos livros de biologia, onde os organismos se espalharam, especializaram em novos nichos e criaram novas estratégias, dando origem ao que chamamos de biodiversidade.

Na prática somos todos cópias de um indivíduo primordial que começou a se replicar e o continuará fazendo enquanto existir energia livre disponível. Isso por si só traz diversas implicações filosóficas e científicas, se por um lado a noção desse conhecimento lança por terra diversas narrativas que nos colocam no centro das coisas nos reduzindo à meros objetos, por outro lado a noção de que tudo está interligado evoca um pensamento mais ecológico e uma perspectiva mais prudente com relação a existência!