CIANOBACTERIA – UMA PEQUENA BUCHA PARA O SILOGISMO CRIACIONISTA/DI.

cianobacteria

Cianobacterias

Citar um paradoxo dentro da ciência, é natural. Um dos paradoxos mais interessantes que a biologia solucionou foi o Paradoxo de Eigen, na qual explica de forma elegante que os primeiros sistemas de replicação apresentavam alta taxa de erro, e para sintetizar enzimas de replicação e reparo é necessário um genoma relativamente grande, que por sua vez não poderia ter surgido sem altas taxas de erro.

Existem duas formas de estudar estes paradoxos; ou ele fica em aberto guardando novas descobertas em campos paralelos a sua pesquisa, ou você trabalha especificamente sobre os componentes de tal paradoxo buscando evidências neles que demonstrem uma origem anterior em um desses componentes e como tal processo ocorria de forma rudimentar. Essas possibilidades que se levanta durante a pesquisa chamamos de hipóteses, que podem ser testadas, averiguadas e escolhidas como a melhor dentre tantas possíveis e que explica um determinado fenômeno.

Recentemente, um texto (que não é artigo) escrito por um proponente do designer inteligente da terra jovem fez algumas afirmações errôneas no que diz respeito a um suposto paradoxo dentro da biologia, especificamente na da respiração aeróbia e fotossíntese em bactérias.

Vejamos qual é a proposta:

“A existência no mesmo organismo de cianobactérias de dois sistemas metabólicos conflitantes, oxigênio evoluindo fotossíntese e fixação de nitrogênio sensíveis ao oxigênio, é um paradoxo intrigante. Explicações são pura speculação….Pesquisadores têm sido muito confusos a respeito de como a cianobactéria pode produzir todo esse oxigênio sem se envenenar. Para evitar seu DNA sendo destruído por uma radical hidroxila que ocorre naturalmente na produção de oxigênio, a cianobactéria teria que evoluir enzimas protetoras. Mas como a seleção natural levaria as cianobactérias a evoluir estas enzimas se a necessidade de proteger-se nem sequer existia ainda? As explicações são fantasiosas na melhor das hipóteses”

Ignorando os erros de concordância e pensando unicamente na proposta do texto vemos o autor ou não leu artigos sobre o assunto, criando um conjunto paralógico baseando sua negação, ou sua negação é de cunho ideológico proposital (sofismas). Mas não há paradoxo estabelecido, pelo simples fato de que essa questão já foi solucionada pela ciência a tempos.

Em qualquer uma das formas, pouco importa, pois a ordem na qual os eventos ocorreram e como ocorreram é sustentada por artigos com informações sobre como diferentes grupos de bactérias e como se deu a origem de vias metabólicas distintas, inclusive aeróbicas e posteriormente a fotossíntese.

Note, que para o autor a conclusão é sempre baseada em negação e especulação (oxigênio evoluindo fotossíntese e fixação de nitrogênio sensíveis ao oxigênio, é um paradoxo intrigante. Explicações são pura especulação). E repete isso novamente: …como a seleção natural levaria as cianobactérias a evoluir estas enzimas se a necessidade de proteger-se nem sequer existia ainda? As explicações são fantasiosas na melhor das hipóteses“.
Uma leitura em biologia básica dos tipos celulares já deixaria claro como bactérias anaeróbicas se tornaram aeróbicas e quais evidências temos disto, não há especulação ou fantasias como afirma o autor, que certamente não leu artigos. O autor considera que as cianobactérias não tinham mecanismos moleculares de reparo de DNA. Essa é uma falsa premissa, pois os microbiologistas conhecem diversos mecanismos de manutenção da integridade em DNA presentes em bactérias desde a sua origem. A primeira célula (denominada de LUCA) era um procarionte  surgiu a cerca de 4,1 e 3,8 bilhões de anos e as primeiras bactérias aeróbicas surgiram a 2,7 bilhões de anos quando a taxa de oxigênio atmosférico começou a aumentar. A 2,4 bilhões de anos surgiu as primeiras cianobacterias.

mapa de conceitos - Copia (2)

Cianobactéria é um tipo de bactéria e como todas elas, há mecanismos de reparo que obviamente emergiram antes da própria fotossíntese. A bactéria “Deinococus radiodurans” (que é anaeróbica) é o procarioto mais resistente que existe, e tem diferentes mecanismos de reparo no seu DNA. Geralmente, quando somente uma das fitas de DNA tem defeito, a outra fita pode ser usada como modelo para guiar a correção da fita danificada. Para fazer a reparação do dano de uma das fitas dos domínios helicoidais de DNA, são numerosos mecanismos para qual o reparo de DNA ocorre. Tem a reversão direta do dano pelos vários mecanismos que são especializados em inverter tipos específicos de dano, como por exemplos a metil-guanina metil-transferase que remove especificamente grupamentos metila da guanina, e fotólise na bactéria, que, através da luz UV, quebra a ligação química entre bases de timidina adjacentes. Uma fita-molde não é requerida para essa forma de reparo. Bactérias tem diversos mecanismos de reparo que certamente evoluíram com o estabelecimento do DNA e seu maquinário enzimático na primeira célula (O’Brien, PJ. (2006).

A alegação do autor é de que:

“Para evitar seu DNA sendo destruído por uma radical hidroxila que ocorre naturalmente na produção de oxigênio, a cianobactéria teria que evoluir enzimas protetoras. Mas como a seleção natural levaria as cianobactérias a evoluir estas enzimas se a necessidade de proteger-se nem sequer existia ainda?”

Vemos agora que a cianobactéria já continha um maquinário molecular presente em seu meio intracelular que fazia reparo e manutenção da integridade de seu material genético. O oxigênio reativo, ou os radicais livres desempenham um papel importante, desde a sinalização celular até formação de estruturas anatômicas, especialmente em insetos. Obviamente que a produção descontrolada de oxigênio reativo pode levar à oxidação de proteínas, do DNA e lipídios causando danos que podem culminar na morte celular. Quando existe um desequilíbrio entre a produção de radicais livres e a eliminação através de mecanismos antioxidantes ocorre o que chamamos de estresse oxidativo (Ana et al, 2012). As bactérias têm mecanismos de excreção, se o oxigênio é um produto aversivo a integridade celular, ele faz parte do sistema de excreção. O O2 é então liberado inflando a atmosfera a 2,7 bilhões de anos e os radicais livres liberados tem seu efeito reduzido pela manutenção feita pelos mecanismos de reparo.

Origem das Cianobacterias

As Cianobacterias surgem por volta de 2,5 bilhões de anos, ou seja, 200 milhões de anos depois que as primeiras bactérias aeróbicas surgiram (Flores, 2008). Há ainda bactérias chamadas de anaeróbias facultativas e tantas outras com vias de metabólicas adaptadas a outros modos, como as microaerófilas (Brooks et al, 2007).

As bactérias aeróbias surgem posteriormente ás anaeróbias, como um ramo adaptado a novas condições metabólicas e ambientais. As bactérias anaeróbicas obrigatórias usam a fermentação para obter energia. As facultativas, na presença de oxigênio adotam outra via de produção energética. Por exemplo, na fermentação que é anaeróbica podemos ver vias metabólicas baseadas em acido láctico ou cético:

C6H12O6 + 2 + 2 ADP fosfato → 2 Ácido láctico 2 + ATP

Note que elas não são fotossintetizantes, e o oxigênio não é resíduo nocivo a homeostase celular. Plantas e fungos (como as leveduras) usadas na produção do etanol usam a fermentação quando o oxigênio torna-se limitante e seguem a seguinte equação:

C6H12O6 + 2 + 2 ADP fosfato → 2 C2H5OH + 2 CO2 + 2 ↑ ATP

As bactérias anaeróbicas e até mesmo archaeas usam diferentes vias fermentativas, como a do ácido propiônico, ácido butírico, butanodiol, acetogênese ou as bactérias metanogênicas (Brooks et al, 2007).

A questão central do texto então é; como bactérias (especificamente cianobactérias) se tornaram tolerantes ao oxigênio?

Cianobacterias são aeróbicas, e as bactérias aeróbicas fixam nitrogênio porque são heterocísticas, ou seja, é um tipo de célula capaz de fixar nitrogênio atmosférico e essa peculiaridade esta presente em algumas espécies de cianobactérias filamentosas. Isso quer dizer que (recordando) essas bactérias têm maquinário molecular de reparo, que fazem fermentação e desenvolveram uma nova forma de metabolismo cujo resíduo é o O2. Se essa via metabólica consegue melhorar sua forma de produção de energia isso é vantajoso, trás aptidão e espalha-se positivamente nas gerações seguintes. Será que as vantagens adaptativas da aerobiose são maiores que a da anaerobiose?

Veremos isso adiante. Por enquanto, lembremos que há bactérias denominadas microaerófilo, onde requer baixas concentrações de oxigênio para sobreviver e altas concentrações de dióxido de carbono. O que indica que de certa forma são tolerantes a pequenas concentrações de oxigênio.

A questão a ser descoberta é se essa via metabólica alternativa foi herdada do ancestral comum como um mecanismo “pré-adaptativo”, ou se fotossíntese em eucariotos é mérito único da endossimbiose de cloroplastos em células eucariotas.

Em resumo, a maior questão evolutiva não é exatamente a origem das bactérias aeróbias, mas sim como o mesmo processo metabólico (a fotossíntese) ocorre em dois grupos celulares evolutivamente relacionados (Bactérias e Eucariotos/Plantas), porém distantes temporalmente.

Mas o mais interessante, é que as bactérias aeróbias possuem os fotossistemas I e II (inclusive a clorofila), não localizados em cloroplastos. Toda a maquinaria enzimática para serem auto-suficientes, dependendo somente da luz e do CO2 para sintetizar os carboidratos. Para realizar a respiração metabólica (Glicólise, Ciclo do Ácido cítrico e Cadeia Respiratória) a mitocôndria não é necessária. Ela só se tornou necessária nos eucariotos.

Nas bactérias aeróbicas e outros procariontes aeróbicos que não possuem organelas sub-celulares as enzimas da respiração ocorrem no citoplasma mesmo. A solução do suposto “paradoxo” esta no fato do metabolismo aeróbico ser até 15 vezes mais eficiente que o metabolismo anaeróbico (que produz 2 moléculas de ATP por uma molécula de glicose). No entanto, alguns organismos anaeróbicos, tais como as bactérias são capazes de continuar com a respiração anaeróbica, produzindo mais ATP usando outras moléculas inorgânicas (não de oxigênio) como receptores de elétrons finais na cadeia de transporte de elétrons. Eles compartilham o caminho inicial da glicólise, mas o metabolismo aeróbico continua com o ciclo do acido cítrico e fosforilação oxidativa. As reações pós-glicolíticas dão lugar as mitocôndrias em células eucariotas, e no citoplasma de células procarióticas (Poor, 2003).

Assim, a resposta do suposto paradoxo metabólico é a própria eficiência do metabolismo.

As cianobactérias não possuem organelas por isso não tem cloroplastos. Elas acabam atuando exatamente como os cloroplastos, usando a membrana em dobras como se fosse a membrana tilacoides. Essas dobras tem um espaço funcional que atuam como extensões em vários processos celulares, pois não são especializadas em organelas. A recepção do fóton nas cianobactérias é feita pela ficobilina e a clorofila-a. As bactérias têm regiões denominadas cromatoplasma que estão associados a fotossíntese e ao lado citoplasmático das invaginações de membrana. Juntamente com a reação de fotólise da respiração celular, a glicólise e o ciclo do acido cítrico acontecem no citoplasma da bactéria. Estas dobras empilhadas criar um espaço entre as camadas de membrana onde os produtos da fotólise passam e criam formar um gradiente de prótons que conduz a geração de ATP, uma função compartilhada com a respiração das bactérias.

Ao estudarmos a fotossíntese de bactérias podemos entender a origem e as necessidades moleculares da sua origem em eucariotos e suas adaptações nas rotas metabólicas.

O relacionamento entre bactérias e eucariotos é bastante evidente e mostra homologia em outras estruturas celulares também. Por exemplo, eucariotos antigos, como os descobertos em 2012 na Noruega apresentam flagelos que do ponto de vista molecular e celular são extremamente semelhantes ao de bactérias (Veja MANKIND’S REMOTEST RELATIVE). As vias metabólicas de produção de lipídios das membranas de eucarioto e bactérias são as mesmas, ambos usam o G3P como precursores metabólicos e Archea usa G1P que é uma variação dessa via. Isso mostra homologia nos grupos (Veja Ancestral lipid biosynthesis and early membrane evolution). Soma-se o fato delas terem o mesmo maquinário de polimerização, o fato do código genético ser praticamente universal temos evidencias fortes de relacionamento filogenético dos três grupos e suas rotas metabólicas (Becerra et al, 2007 & Lazcano, 2008) bem como homologias dos subníveis metabólicos que se originaram na química pré-biótica foram preservados no mundo de proteínas, RNA e DNA world…RNA e DNA polimerase por exemplo são homólogas, vias metabólicas ligadas a origem da vida sob a perspectiva da Iron-sulfur tem base empírica para explicar a origem da vida. Nove folds de proteínas homologas no metabolismo primordial deram origem a todas as vias metabólicas e estão presentes nos três grandes reinos. Hidrolases e também estão presentes, e muitos genes ligados a ela expressam um caráter de promiscuidade enzimática na origem da vida com recrutamento a novas funções e surgimento de especificidades (Caetano-Anolle´s et al, 2007). De fato, neste mesmo artigo o autor aponta exatamente quando a via metabólica de bactérias aeróbicas surge e mais, afirma que todo metabolismo e suas 9 folds derivam do metabolismo primordial no RNA-World cuja a função era a síntese de ribonucleotideos e posteriormente houve recrutamento de enzimas.

Two derived energy-linked subnetworks stand out in the list, oxygenic mitochondrial ATP synthesis (NRG 00193) and oxygenic photosynthesis (NRG 00195), suggesting these important functions appeared late in evolution, well after discovery of most enzymatic activities. This is consistent with molecular and geological records that suggest life achieved considerable complexity before the appearance of oxygen in the atmosphere, and with enzyme distribution in aerobic pathways that suggests adaptation to oxygen occurred after major prokaryotic divergences in the tree of life.

Existem cerca de 20 a 25 características que diferenciam bactérias (Procariotos) e Eucariotos e a ciência esta descobrindo como elas evoluíram. Os 3 Domínios da vida estão se ligando cada vez mais e mais, seja do ponto de vista molecular, metabólico ou qualquer outro. Por exemplo, a relação endossimbiótica entre eucariotos e mitocondrias não é considerada complexidade irredutível, e isto é constatado cientificamente em artigos científicos (The reducible complexity of a mitochondrial molecular machine). Enfim, base científica para sustentar uma origem abiótica e processos evolutivo temos de sobra, tudo esta nos artigos e a favor da ciência.

 

Conclusão

O fato da fotossíntese ser 95% eficiente é produto da sobrevivência do mais eficiente metabolicamente, e o fato de tal processo ser complexo metabolicamente não implica em evidências para desenhistas sobrenaturais, pois a questão não é a complexidade de um sistema que tem valor, e sim sua funcionalidade, razão pela qual a aerobiose prevaleceu. O fato de um mecanismo aproveitar 95% de sua eficiência é a razão pelo qual ele foi preservado, e devido a sua complexidade. O metabolismo é como um rio que flui entre as depressões de um vale.

Essas são concepções apresentadas pelo autor são abusivamente erradas. Esses propósitos teleológicos são dispensados na ciência hoje por motivos claramente definidos. A ideia de que esses elementos são perfeitos e especificamente funcionais não justifica a posição de que foram elaborados por uma mente superior trabalhando no plano de fundo do universo. Esses mecanismos nem mesmo são perfeitos, são apenas funcionais.

Quem captou esta percepção (Complexidade VS Funcionalidade) em outro mecanismo molecular foi o jornalista cientifico Salvador Nogueira em seus comentários a respeito da recente expansão sintética que o homem produziu no vocabulário químico do DNA (Veja DNA alienígena e o design inteligente). O fato do DNA ser formado por quatro letras pode sugerir segundo sua complexidade um designer inteligente, mas o código pode ser alterado e se tornar mais complexo e eficiente como demonstrado sinteticamente. Ora, se o produto é perfeito fruto da perfeição sobrenatural ele não poderia ser melhorado e deveria ser o mais eficiente e complexo possível. Teríamos assim uma assinatura que poderia sugerir intencionalidade. Não é o que ocorre, nem na estruturação do DNA como molécula da vida, nem na suposta assimetria matemática/química que o SETI supostamente encontrou no DNA (Veja WOW SIGNAL – DESCONSTRUINDO O SINAL INTELIGENTE)

Adendo

Deixo aqui duas sugestões. A primeira é que os interessados no assunto procurem fontes confiáveis e dignas de serem usadas como referencias a nossas falas. Confira se a informação tem procedência, se o endereço visitado é realmente acadêmico, tem apego com centros acadêmicos sérios e que produzem artigos científicos em revistas reconhecidas. Quando queremos saber a previsão do tempo consultamos o meteorologista e não o pastor da cidade. A mesma coisa é com a biologia. Se há duvidas referente a algum tema, procure antes conhecê-lo o máximo possível compreender suas origens e posteriormente questiona-los.

A segundo sugestão que deixo é para o autor do silogismo das cianobactérias ler alguns artigos sobre a origem da fotossíntese e sua ocorrência em cianobactérias.

Segue uma lista de artigos:

Fotossíntese Early Evolution of Photosynthesis

Origin and early evolution of photosynthesis

Molecular Evidence for the Early Evolution of Photosynthesis

Thinking about the evolution of photosynthesis

Evolution of Photosynthesis

-Para a Fotossintese em Cianobacterias leia:

Photosynthesis and Respiration in Cyanobacteria

Detailing the optimality of photosynthesis in cyanobacteria through systems biology analysis

Interaction of photosynthesis, respiration and nitrogen fixation in cyanobacteria

The Evolution of Cyanobacteria and Photosynthesis

 .

Referências

Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P. Molecular Biology of the Cell. 4th

 edition, New York: Garland Science, 2002

Zaha A, Ferreira HB, Passaglia LMP. Biologia Molecular Básica. 3ª edição, Porto Alegre: Mercado Aberto, 2003.

O’Brien, PJ. (2006). “Catalytic promiscuity and the divergent evolution of DNA repair enzymes”. Chem Rev 106 (2): 720–52.

Ana C. P. Gandara, Felipe Dias, José Henrique M. Oliveira, Renata Gonçalves, Pedro L Oliveira1. Os Múltiplos Papéis dos Radicais Livres na Biologia e na Evolução dos Insetos. Tópicos Avançados em Entomologia Molecular Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Entomologia Molecular. INCT – EM – 2012.

Enrique Flores AH (2008). The Cyanobacteria: Molecular Biology, Genomics and Evolution. Horizon. p. 3

Brooks GF, Carroll KC, Butel JS, Morse SA (2007). Jawetz, Melnick & Adelberg’s Medical Microbiology (24th ed.). McGraw Hill. pp. 273–275.

 Poor, P. R. (2003). “The molecular machinery of Keilin’s respiratory chain”. Biochemical Society Transactions 31 (Pt 6): 1095–1105.

Regina Bailey. Cellular Respiration. Education Biology

Arturo Becerra, Luis Delaye, Sara Islas, and Antonio Lazcano. The Very Early Stages of Biological Evolution and the Nature of the Last Common Ancestor of the Three Major Cell Domains. Annu. Rev. Ecol. Evol. Syst. 2007. 38:361–79

Antonio Lazcano. What Is Life? A Brief Historical Overview. CHEMISTRY & BIODIVERSITY – Vol. 5 (2008)

Gustavo Caetano Anolle´s, Hee Shin Kim†, and Jay E. Mittentha. The origin of modern metabolic networks inferred from phylogenomic analysis of protein architecture. PNAS ? May 29, 2007, vol. 104, no. 22

Victor Rossetti

Palavra chave: NetNature, Rossetti, Cianobacteria, Fotossintese, Origem da vida, Reparo celular, Metabolismo, Evolução, Fermentação, Designer Inteligente, Criacionismo, Pseudo-Ciência, Silogismo. 

2 thoughts on “CIANOBACTERIA – UMA PEQUENA BUCHA PARA O SILOGISMO CRIACIONISTA/DI.

  1. Onde falta pão, todos gritam e ninguém tem razão.
    Até agora nem cientistas nem religiosos definiram de forma satisfatória ou pelo consensual, o que seja a Vida, e lá no gráfico em cima se diz que a “vida” como “registro” surgiu no primeiro bilhão de anos, supostamente da existência da Terra. DE QUE VIDA SE ESTÁ FALANDO? E de que registro?
    Talvez se esteja querendo dizer de “registros de vestígios de matéria orgânica”, onde se confunde “cientificamente” um tipo de matéria como sinônimo de Vida, que aliás também se procura no Universo.. A simples confusão mental de Vida é só ser possível com a matéria orgânica, e JÁ SABEMOS ATÉ POR ILUSTRES EVOLUCIONISTAS ATEUS COMO SAGAN, QUE UM AUTOMÓVEL COM SEU MOTORISTA, NA REALIDADE É UM SER-VIVO COMO OUTRO QUALQUER, até mesmo tão inteligente como seu motorista. E aí? De que registro se fala?
    E agora o texto está exatamente falando de quê? DE EXPERIÊNCIAS E PESQUISAS OU DE FILOSOFIAS COMPLICADAS?
    Se for APENAS PESQUISAS E CONSTATAÇÕES tudo bem, mas se está falando da discussão idiota e supérflua entre criacionistas e evolucionistas, está falando de crenças fanatizadas, que de fato sequer merecem discussões, pois, cada um pode acreditar no Papai Noel que quiser, e sequer jamais vamos ficar sabendo de fato no que cada um acredita..
    Ainda aguardo neste site um único caso ou constatação de “seleção natural”, claro que não vale a “seleção feita pelos homens”, que é claramente inteligente, Darwin usou isso nas suas observações, e mesmo assim concluiu pelo “acaso” de sua seleção. O grande trabalho de Darwin foi de fato a “Árvore da Vida”, o resto foi de fato mero palpite, como Aristóteles sobre o Geocentrismo.
    Essa é a discussão dita idiota entre criacionista e evolucionistas, como mera discussão de sexo de anjo…
    arioba

  2. Olá,
    Este artigo era tudo o que estava procurando. Sou muito curioso sobre assuntos como origem e evolução da vida, e estava louco tentando encontrar alguma coisa que esclarecesse a ordem de evolução de seres anaeróbicos, aeróbicos e fotossintetizantes.
    Mas confesso que fiquei com uma dúvida.
    Lendo alguns textos e, principalmente vendo documentários, pensava que os primeiras cianobactérias eram os estromatolitos e que surgiram entre 3,6 e 3,5 bilhões de anos atrás. Mas na figura aqui diz que elas surgiram há 2,4 bi.
    Alguém poderia me ajudar para ver onde me enganei?

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