It's alive, it's alive! 3c

O texto abaixo também estava disponível no site Feira de Ciências, que atualmente encontra-se fora do ar. Ele faz parte da complementação ao texto sobre conceituação de vida.

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Introdução
O METABOLISMO¹ é o conjunto das reações físico-químicas² que ocorrem em um organismo³. Nos organismos atuais tais conjuntos são bastante intrincados com milhares a milhões de reações diferentes interconetadas. As reações têm suas taxas alteradas por estímulos ambientais e também pela taxa de outras reações: pela alteração de fatores como concentração de reagentes, quantidades de catalisadores, ativadores, competidores e inibidores de reação e também por elementos físicos como temperatura e distribuição espacial dos reagentes.

Por meio dessas reações os organismos reagem ao ambiente e às alterações nas condições internas, mantendo um estado interno mais ou menos estável – a homeostase^4, 5. Essa estabilidade, no entanto, não é absoluta. As condições internas do organismo não permanecem exatamente as mesmas ao longo do tempo – o ponto de equilíbrio, isto é, o estado em torno do qual as condições tendem a variar, geralmente muda com o desenvolvimento do organismo ou periodicamente: a temperatura corporal média de um animal em hibernação é diferente da do mesmo animal em estado ativo ou a concentração hormonal em plantas adultas certamente é diferente da de plântulas imaturas. (O desenvolvimento orgânico, na verdade, pode ser pensando como a variação do ponto de equilíbrio ao longo do tempo, fazendo com que as características dos organismos mudem ao longo do tempo – seu tamanho, sua concentração interna de sais, seu comportamento e assim por diante.)

Embora os processos de alterações físico-químicas nos organismos atuais tendam a ser complexos, mesmo em alguns sistemas simples (e inorgânicos) podemos perceber essa tendência ao equilíbrio (dinâmico) em respostas a alterações externas e internas – uma reação química simples, por exemplo, pode-se deslocar para um ou outro sentido de acordo com a concentração maior ou menor de reagentes ou produtos; ou ainda um sistema de tampão ácido-base pode contrabalançar (dentro de uma certa faixa de variação) a adição ou subtração de prótons à solução permitindo que o pH varie muito pouco.

As reações que compõem o METABOLISMO podem ser divididas em dois grupos interdependentes:

Catabolismo⁶ – é o conjunto de reações que degradam as substâncias em componentes menores (ou melhor seria dizer menos energéticos). Geralmente são acompanhadas da liberação da energia contida nas ligações químicas rompidas. Essa energia pode ser perdida para o ambiente ou utilizada em outros processos biológicos – movimento, síntese de compostos, reprodução, crescimento e desenvolvimento.

Anabolismo⁶ – é o conjunto de reações que produzem compostos e substâncias a partir de componentes menores (ou menos energéticos – muitas vezes as reações não envolvem a união de dois componentes, mas a transformação de um componente em um componente mais energético, como no caso da alteração do estado de oxidação de íons). Freqüentemente vale-se da energia liberada nas reações catabólicas para produzir dos compostos necessários no crescimento e desenvolvimento do organismo – ou pode utilizar-se mais diretamente de fontes externas de energia como no caso da fotossíntese.

Da relação entre os processos catabólicos e anabólicos depende o que ocorre com o organismo. Se os processos catabólicos predominam, o organismo pode se degenerar até sua total degradação – como ocorre no processo de senescência (envelhecimento) – se são os processos anabólicos que predominam, o organismo pode acumular reservas e recursos, crescendo em tamanho, organização e complexidade. Porém os processos anabólicos dependem fundamentalmente dos catabólicos como fonte de energia (e componentes). No caso em que ambos os processos ocorrem em intensidades equivalentes, as condições internas tendem a permanecer mais ou menos iguais.

O catabolismo e o anabolismo são em grande medida processos opostos – o que é produzido por um processo o outro desfaz. Isso faz com que, grosso modo, sejam incompatíveis. Se ambos ocorrerem no mesmo lugar ao mesmo tempo teremos pouco mais do que o trabalho de Penélope ou de Sísifo. É indispensável uma separação desses processos – a separação temporal pode ser obtida por meio de controles que inibem um dos processos enquanto o outro está correndo, a separação espacial pode ser alcançada por meio da compartimentalização. A termodinâmica deve ser consultada.

O METABOLISMO, sendo fundamentalmente um processo de transferência e transformação de energia (vide nota 2), está sob ação dos princípios termodinâmicos. Uma importante implicação disso é que, dado que os processos biológicos dependem dos processos metabólicos, a Vida só pode ocorrer em sistemas ou subsistemas abertos – isto é, que troquem materiais e energia com o ambiente (ou pelo menos que não sejam isolados, que troquem energia com o meio externo). Isso porque se não há troca de energia com o meio, o metabolismo não pode continuar indefinidamente já que as transformações sempre geram uma quantidade de energia na forma que não pode ser utilizada no processo – a energia útil (a que pode realizar trabalho nas condições do sistema) é gradativamente consumida (isto é, transformada em uma forma que não é capaz de realizar trabalho) até que o processo de transformação não possa mais prosseguir.
Os seres vivos devem então se interpor a um fluxo de energia – como a da luz solar rumo ao espaço sideral no caso dos organismos fotossintéticos ou que deles dependem (caso da maioria dos organismos conhecidos). Corte-se o fluxo de energia e, rapidamente, a Vida deixa de existir – como flores no escuro ou pessoas em inanição⁷. O corte do fluxo não precisa se dar necessariamente na entrada de energia, pode ocorrer também pelo bloqueio da saída de energia – impeça-se, por exemplo, a dispersão de energia térmica com camadas e camadas de material isolante e em um tempo bem curto atingiremos uma situação bastante crítica⁸.

Embora o METABOLISMO seja essencial para os processos biológicos, certos organismos em condições especiais podem suspender suas atividades metabólicas, retomando-as quando as condições lhes forem mais favoráveis – essa capacidade de retomada das atividades metabólicas e das demais atividades biológicas depende da preservação de sua estrutura interna⁹. Para a maioria dos casos, no entanto, a cessação das atividades metabólicas significa a morte. Um leve asteísmo está presente neste fato: embora seja extremamente embaraçoso aos biólogos a incapacidade de se dar uma definição de Vida(vide "O que é Vida?"), podemos definir a morte de um organismo como a cessação irreversível de seus processos metabólicos.

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Notas

Nota1: do grego metabolê, ês (metá 'para além de' + bálló 'lançar, jogar') 'transformação; mudança de natureza, caráter ou costume'. Noção que surge em outros vocábulos como a-, hemi- e holometábolo, referindo-se à condição de certos organismos – notadamente insetos – de passarem ou não pelo processo de metamorfose (uma transformação em sua constituição física), ou metábole, figura de linguagem que consiste na repetição das mesmas idéias, apenas com palavras diferentes, ou a repetição das mesmas palavras com alteração na ordem.

Nota2: em uma definição mais ampla, o metabolismo pode ser entendido como o conjunto de transformações energéticas que ocorrem em um sistema físico e as alterações físicas que causam essas transformações, acompanham-nas ou delas decorrem – nesse sentido, poderemos falar até mesmo de metabolismo de geladeiras e estrelas. Uma definição ainda mais ampla seria o conjunto de operações realizadas sobre elementos de um sistema – aqui, sistemas abstratos como programas de computadores (mesmo desconsiderando-se a questão do hardware) ou mesmo uma equação matemática podem ser acusados de ter metabolismo.

Nota3: 'no organismo' - por vezes, tais reações podem ocorrer também fora do organismo: algumas espécies iniciam sua digestão extracorporalmente, como as das aranhas – cujo veneno injetado na vítima digere seus tecidos, permitindo ao predador apenas sorver a massa liqüefeita.

Nota4: Termo criado pelo fisiologista americano Walter Cannon (1871-1945), cunhado sobre o grego hómois, a, on 'semelhante, de mesma natureza' e stásis, eós 'estabilidade, fixidez'.

Nota5: Não deixa de ser irônico que por meio do metabolismo (essencialmente uma transformação, mudança nas condições) se obtenha a homeostase (essencialmente uma permanência das condições internas). Ainda que possamos ver uma ironia – certamente involuntária – nisso, não chega a ser um paradoxo. Lembremo-nos da passagem de "Alice do outro lado do espelho" de Lewis Carrol, em que a Rainha de Copas diz para Alice: "É preciso correr o mais rápido que você puder para ficar no mesmo lugar!" ou do ato de baldear a água para fora de uma canoa furada ou da expressão "enxugar gelo" – como o ambiente interno e o externo tendem a se alterar com o tempo (ver no texto principal a questão sobre as implicações termodinâmicas do metabolismo), as transformações metabólicas, em muitos casos, atuam no sentido de contrabalançar essas alterações.

Nota6: "Catabolismo" e "anabolismo" – dos gregos katá 'para baixo' e aná 'para cima'.

Nota7: A energia útil que mantém o processo varia de sistemas para sistema. Apesar das alegações em contrário, para humanos é inútil a simples presença de energia na forma luminosa – assim como para um carro à gasolina, energia elétrica não serve; não estamos aparelhados para utilizar diretamente essa fonte de energia. Para nosso organismo, a energia deve estar na forma de ligações químicas de compostos orgânicos como açúcares e gorduras.

Nota8: Tal bloqueio impede o funcionamento de outros sistemas além de organismos individuais. Vide o que acontece com uma cidade que sofre com uma greve prolongada dos coletores de lixo.

Nota9: "depende da preservação de sua estrutura interna" – Assim, o sonho da ressuscitação após o congelamento do corpo permanece bastante distante, a despeito das promessas de algumas empresas, pois o processo de congelamento de um volume tão grande quanto o humano não é rápido o bastante para se evitar a formação de cristais de gelo maiores – que rompem a integridade das células.

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It's alive, it's alive! 3b

O texto abaixo também estava disponível no site Feira de Ciências, que atualmente encontra-se fora do ar. Ele faz parte da complementação ao texto anterior de conceituação de vida.

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Introdução
A replicação de um elemento ou fator (organismo, objeto, símbolos, sistemas, etc.) nada mais é do que a produção de novas cópias, mais ou menos idênticas ao original. A auto-replicação é um processo de replicação eliciado pela presença do original: isto é, a presença de um original é uma condição necessária para a produção de cópias. A reprodução é um tipo especial de auto-replicação¹, na qual, não apenas novas cópias são produzidas – com o processo requerendo a presença do original -, como informações genéticas são também replicadas do original para as cópias – ou seja há herança².

Replicação
Imaginemos um elemento A que é produzido a partir de outros elementos: B, C e D. E imaginemos que, ao lado de A, são também produzidos os elementos: E e F.

B + C + D  A + E + F   [1]

O processo [1] é o processo de produção de A – e também de E e F (considerados subprodutos, quando analisamos o processo com ênfase em A). A repetição de [1] leva a mais produção de A (e de E e F) – levando à uma replicação de A (e de E e F). B, C e D são insumos do processo [1] e A, E e F são produtos desse processo.

Imaginemos agora que C=E:

B + C + D  A + C + F   [2]

Consideremos ainda o processo abaixo:

B + D  A + F   [3]

Se o processo [3] não é possível ou ocorre a uma taxa menor do que [2], o elemento C é dito facilitador³do processo [2]: a produção de A e F a partir de B e D. O C é um elemento necessário para a ocorrência de [2] (ao menos a uma certa taxa), mas não é consumido nesse processo (aparece tanto no termo à esquerda, quanto à direita da seta do processo)⁴.

Auto-replicação
Imaginemos agora           A=D=F (CE):

B + C + A  A + E + A   [4.1]

Ou reescrevendo:

A + B + C  2A + E   [4.2]

Consideremos o processo abaixo:

B + C  A + E   [5]

Se o processo [5] não é possível ou ocorre a uma taxa muito menor do que [4.2], a presença de A é necessária, o que a torna um insumo, mas ela não é consumida (está presente nos termos à esquerda e à direita da representação do processo), o que faz de A um facilitador. Mas A também é um produto do processo: não apenas o A inicial está presente no termo à direita, mas um A extra. Nesse caso temos uma auto-replicação: há um aumento no número de cópias e a presença do original é requerida.

Numa reação química, os insumos (exceto os facilitadores) são chamados de reagentes, os facilitadores são chamados de catalisadores. Em termos químicos, um auto-replicante equivale a um composto que catalisa a reação de sua própria produção – o processo é chamado de autocatálise. Um exemplo é a tripsina no estômago: a tripsina é formada pela quebra de uma cadeia de tripsinogênio, essa quebra, por sua vez, pode ser catalisada pela própria tripsina. Uma certa quantidade de tripsinogênio, então, gera inicialmente uma pequena quantidade de tripsina. Essa tripsina gerada atua sobre o tripsinogênio restante, acelerando a quebra, liberando mais tripsina. Com uma maior quantidade de tripsina, a quebra do tripsinogênio é acelerada. E o ciclo rapidamente aumenta de velocidade até que todo ou praticamente todo o tripsinogênio seja quebrado. A partir daí a reação cessa. Esse é também o processo de geração de príons – proteínas modificadas ligadas a certas doenças como o mal da vaca louca – que atuam sobre proteínas normais presentes em nosso organismo, gerando mais príons.

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Notas

Nota1: "A reprodução é um tipo especial de auto-replicação..." - nem todos os autores seguem a terminologia aqui empregada. Boa parte entende a replicação ou a auto-replicação simplesmente como o nome que se dá à reprodução de organismos mais simples – bactérias, arqueas e vírus – ou de moléculas e sistemas como vírus de computador e memes. Outros tratam os termos como sinônimos.

Nota2: "...ou seja há herança" – na reprodução há dois componentes, o computador universal e o construtor universal (conforme a denominação de von Neumann). Em termos biológicos: o genótipo e o fenótipo; em termos computacionais: o software e o hardware. O primeiro componente dirige as ações do segundo, que produz cópias dos dois componentes.

Nota3: Por outro lado, se o processo [3] ocorre a uma taxa maior do que o [2], diz-se que C é um elemento inibidor.

Nota4: Isso, claro, considerando-se a produção de A e F. Sob o ponto de vista de C, o processo [2] pode ser na verdade um processo de replicação de C envolvendo a destruição do original. Nos casos que não envolvem reprodução (ver nota 1) ou a reprodução é 100% fiel, os processos [2] e [3], do ponto de vista de C, são indistinguíveis. Se houver reprodução de C, no entanto, e a taxa de fidelidade for menor do que 100%, os processos [2] e [3] serão distintos.

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It's alive, it's alive! 3

Já tratei do tema de definição da vida no GR em outras ocasiões. Volto ao tema porque o sítio web Feira de Ciências, do saudoso prof. Luiz Ferraz Netto, parece estar fora do ar - não sei se em caráter temporário ou permanente - lá eu havia contribuído com uma série de textos sobre biologia e conceituação de vida.

Reproduzo abaixo o texto inicial em que eu discuto o que é vida (inspirado e baseado em boa medida no texto "Life is..." do jornalista Bob Holmes publicado na New Scientist na edição de 13 de junho 1998).

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O que é vida?

Introdução
Em sendo a BIOLOGIA o ramo das Ciências que estuda os seres vivos, seria de se esperar que a definição de VIDA – o objeto final de estudo do campo – fosse um pré-requisito para todas as pesquisas da área.

Não é, contudo, exatamente o que ocorre. Não existe uma definição universalmente aceita pelos biólogos do que seja VIDA, ainda assim eles não hesitam em estudá-la: e até mesmo em procurá-la em outros cantos do universo. Mas como estudar algo que não se sabe o que é?

Pode parecer um tanto paradoxal – e, de fato, não deixa de ser – porém, de outro lado, estuda-se algo justamente para se descobrir o que o objeto estudado é (quais as suas características, o que faz, como surgiu, do que é feito, etc.). Além disso, independentemente de uma definição precisa, sabemos desde criança que um cavalo é um ser vivo, mas um livro não – assim, os biólogos podem contornar, ao menos parcialmente, o problema. (Antes de atirarmos pedras nos biólogos lembremo-nos de que eles não estão sozinhos nessa delicada situação de lidar com algo que não sabem bem o que é ou, se sabem, não sabem externá-la em palavras. Para embaraçar um físico basta perguntar-lhe o que é matéria, energia ou tempo – elementos básicos em seu estudo dos fenômenos naturais –, um matemático não se sai melhor em explicar o que é um número. E, para além do terreno estrito das Ciências, perguntemos a um literato o que vem a ser poesia ou a um marchand o que é arte afinal de contas.) De todo modo a questão persiste: o que faz então de um cavalo um ser vivo; mas de um livro, um ser inanimado¹?

Um problema adicional é que conhecemos apenas um tipo de VIDA, a da Terra. E esse conhecimento é – ainda que bastante detalhado sob muitos aspectos – somente parcial.

A despeito disso diversas tentativas foram feitas. E, a partir dos estudos das formas de VIDA como a conhecemos, algumas propriedades em comum podem ser levantadas. Alguns conceitos-chave que precisam ser levados em conta para a definição de VIDA são: auto-replicação, metabolismo (homeostase/entropia/auto-organização), delimitação (compartimentalização/individualização) e evolução/hereditariedade.

Auto-replicação
Uma característica marcante dos seres vivos é a sua capacidade de se reproduzir, isto é, induzir a formação de cópias de si mesmo a partir de elementos tomados do ambiente. De todo modo ela não pode ser considerada a propriedade distintiva dos seres vivos ou, no mínimo, teremos problema se a considerarmos isoladamente: se definirmos seres vivos como entidades auto-replicantes, robôs programados para construir robôs iguais a si em uma linha de montagem teriam que ser considerados vivos; além disso, mulas, provectos senhores e eunucos não seriam seres vivos dada a sua incapacidade reprodutiva. (Para ver mais.)

Metabolismo (homeostase/entropia/auto-organização)
O metabolismo é o conjunto de reações químicas que ocorrem no interior do organismo (por vezes, no exterior também) que mantém mais ou menos estáveis as condições internas do organismo (homeostase). Através do metabolismo o organismo obtém energia utilizada em seu crescimento e reprodução, transformando os compostos que absorve do ambiente e incorporando-os em sua estrutura – com isso os seres vivos são capazes de manter uma organização interna indefinidamente (auto-organização)². Os seres vivos são redutores puntuais de entropia (uma medida de desordenação de um sistema³) – isto é, eles diminuem ou mantêm o seu grau interno de desorganização, desorganizando ainda mais o ambiente em que estão. O metabolismo, porém também apresenta restições como marcador do que seja VIDA. Uma geladeira realiza algo análogo ao metabolismo: mantém sua entropia interna mais ou menos inalterada (mais frio dentro do que fora), consumindo energia (a elétrica proveniente da tomada) e aumentando a entropia do ambiente (o radiador lança constantemente a energia térmica resultante para o ambiente); uma chama de vela também mantém a sua organização interna às custas da organização do ambiente. Por outro lado, organismos debilitados pela idade avançada ou tomado por uma doença terminal estão perdendo a batalha para a entropia – seu organismo está em franco processo de degeneração – mas ainda não os consideramos mortos. (Para ver mais.)

Delimitação (compartimentalização/individualização)
Os seres vivos são fenômenos localizados, isto é, ocupam uma região limitada do espaço. E também são distintos do ambiente em que estão. Isso permite manter um ambiente interno, onde podem manter e concentrar os elementos que capturam do ambiente externo: nutrientes, por exemplo – impedindo que se percam dispersos no meio ou sejam utilizados por outros. Permite também a formação de um ambiente mais propício aos processos que os mantêm, por exemplo, otimizando as reações químicas com concentrações adequadas de reagentes. Todos os organismos vivos que conhecemos possuem uma delimitação de natureza física – os seres vivos são baseados em células, tendo nelas a sua unidade morfológica e funcional, delimitadas por uma membrana formada por uma camada bilipídica que as separa do meio externo – mesmo os vírus, seres acelulares (são basicamente uma capa de proteína envolvendo um pedaço de ADN ou ARN), funcionam apenas dentro de células (são parasitas intracelulares obrigatórios, fora delas ficam inertes a ponto de alguns biólogos não o considerarem seres vivos de fato). A delimitação certamente não define um ser vivo, porém. Um carro é delimitado, sendo distinto do ambiente em que se encontra.

Evolução
A auto-replicação faz com que os organismos produzam cópias de si mesmo. Porém, as cópias não são sempre idênticas. Há sempre, por mais baixa que seja, uma taxa inerente de erro no processo. As novas variantes podem ser eliminadas então pela seleção natural – caso a alteração signifique a produção de uma característica desvantajosa ao indivíduo – ou permanecer na população ou até mesmo prosperar. Porém definir VIDA como um processo de evolução (particularmente por seleção natural) pode ser um pouco complicado: vírus de computador são capazes de produzir cópias alteradas de si mesmo (normalmente as variantes produzidas por acaso são as que mais danos causam ao funcionamento do computador), alterações que podem garantir uma maior capacidade de proliferação (produzem cópias mais rapidamente ou que escapam ao programas antivírus) e com isso ocorrer uma evolução da população desse tipo de vírus. Serão tais programas seres vivos? Alguns biólogos estão prontos para achar que sim e não apenas vírus de computador, como também idéias que passam de uma mente para outra e se multiplicam e mudam ao longo das gerações, muitos outros, contudo, torcem o nariz para tal concepção. (Para ver mais.)

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Bibliografia

El-Hani, CN & Videira, AAP (orgs.) 2000 O que é vida? – para enteder a Biologia do século XXI. Rio de Janeiro, Faperj/Relume Dumará, 311 págs.

Holmes, R 1998 Life is... New Scientist (13 jun). http://www.newscientist.com/hottopics/astrobiology/lifeis.jsp (link quebrado)

Margullis, L & Sagan, D 2002 O que é vida? Rio de Janeiro, Jorge Zahar, 289 págs.

Schrödinger, E 1997 O que é vida? – o aspecto físico da célula viva seguido de Mente e matéria eFragmentos autobiográficos. São Paulo, Unesp, 192 págs.

Notas

Nota1: "inanimado". A palavra remete a anima, palavra latina significando alma. Se o inanimado – desprovido de alma – contrasta com os seres vivos, a idéia original era a de que a Vida representava a posse da alma. A Vida seria uma propriedade especial a diferenciar os seres vivos da matéria comum como pedras, água, terra, ar... Esse princípio desenvolveu-se nas idéias vitalistas de certos sistemas filosóficos antigos, casando-se com o ponto de vista de diversas religiões. Nas Ciências foi progressivamente perdendo terreno, tendo início com o surgimento da visão mecanicista do mundo (como os seres vivos não passando de autômatos – sistemas físicos obedecendo simplesmente às leis naturais, como um complexo relógio que pode ser reduzido e explicado pelo funcionamento de suas engrenagens – na visão de Descartes, embora ele ainda reservasse uma posição privilegiada aos seres humanos – que ainda possuiriam uma porção intangível) e fortemente abalada com a síntese inorgânica – por reações químicas ordinárias fora do corpo dos seres vivos a partir de substâncias comuns – de compostos tidos como possíveis de serem produzidos apenas pela ação direta do princípio vital: como no experimento de Wöhler em 1828 produzindo uréia pelo aquecimento de cianato e sal de amônio.

Nota2: À primeira vista isso pareceria contrariar a segunda lei da termodinâmica – a lei descreve o princípio fundamental de que em sistemas isolados as transformações tendem a ocorrer do estado menos provável para o mais provável ao longo do tempo. Se deixado à própria sorte nas condições do meio em que viçam as árvores, um pedaço de madeira tende a se desfazer em pequenos fragmentos (mesmo se as bactérias e outros organismos decompositores não estivessem no local, a madeira aos poucos iria se desfazer – embora levasse muito mais tempo), o mesmo com um naco de carne de vaca largado no meio de uma pastagem. Não obstante a árvore viva está sempre a produzir mais madeira, a partir basicamente de gás carbônico e água, incorporando-a em seu tronco e a vaca a produzir as fibras musculares de sua carne a partir do capim e da água. No entanto os seres vivos não são sistemas fechados, eles trocam matéria e energia com o ambiente. A árvore e o gado mantém ou aumentam a sua organização interna, lutando contra a tendência natural da desagregação de suas partes, aumentando a desordem do meio em que vivem – se considerarmos o sistema árvore/ambiente ou vaca/ambiente, aí sim perceberemos que esse sistema segue o previsto pela segunda lei da termodinâmica. Embora a madeira e o pedaço de carne também não seja sistemas isolados, neles não ocorrem os processos que substituem as porções perdidas como ocorriam no interior dos organismos de onde vieram.

Nota3: "uma medida de desordenação de um sistema". Ordem é um conceito intuitivo e tem a sua utilidade na compreensão da entropia. Mas pode ser enganoso. Não devemos entender ordem estritamente como um estado de disposição organizada, simétrica, coordenada. Tem mais a conotação de um estado particular, uma dada disposição específica. Se pensarmos em um quarto, a nossa noção de um quarto ordenado se casa com a noção de ordem entrópica na medida em que apenas um conjunto restrito de disposição das partes será considerado um quarto bem arrumado: as roupas e meias dentro das gavetas, as gavetas todas fechadas, o colchão sobre a cama, o lençol sobre o colchão e estirado, a fronha cobrindo o travesseiro e assim por diante. Uma meia fora da gaveta é um elemento de 'desordem' – quer em cima da cama, sobre a escrivaninha, em baixo do armário, sob o travesseiro, etc. Há então mais disposições diferentes que consideraremos 'desordem' (quarto desarrumado) do que 'ordem' (quarto bem arrumado). Se deixarmos a disposição ao acaso mais provavelmente ela se dará em uma das que consideraremos desarrumada. Devemos despender energia para que o quarto permaneça na disposição que consideramos arrumado. Por outro lado, imaginemos que se cometeu um crime nesse quarto – o lençol foi arrancado da cama, o colchão foi tombado, as gavetas abertas pelo criminoso que procurava alguma coisa e toda revirada, as meias espalhadas pelo chão, o armário escancarado. A cena do crime deve ser conservada para que a polícia possa desvendar o crime: a disposição dos objetos pode revelar se houve luta ou se a vítima foi pega enquanto dormia, qual foi o último lugar em que o assassino fez a sua busca e outras pistas importantes (para saber quem pode ser o assassino ou para, uma vez capturado, saber qual o grau de gravidade do crime cometido pelo assassino – se ele matou a sangue frio ou depois de uma discussão, por exemplo). Nesse caso, mesmo a disposição que consideraríamos arrumada – por nossa experiência do dia-a-dia e por nosso senso estético – não serve, ela não corresponde à disposição equivalente à cena do crime. Essa cena é bagunçada, mas corresponde a um estado particular. E agora qualquer modificação aleatória desfaz essa disposição. Para manter esse estado particular desarrumado temos que empregar energia. A ordem no caso dos seres vivos é uma disposição particular que garanta a eles a capacidade de explorar o ambiente, dele obter recursos e se reproduzir, por exemplo – a maioria das disposições possíveis dos elementos que compõem um ser vivo em particular resultariam em um ser inviável, sem essas características: se os átomos que nos compõem fossem juntados aleatoriamente dificilmente resultaria em qualquer coisa semelhante a nós.

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It's alive, it's alive! 2

O espinhoso e tortuoso tema da definição de 'vida' já foi abordado antes neste blogue. Volto ao tema por causa da postagem de Carl Zimmer.

Por meio dela fiquei sabendo do artigo de Edward Trifonov, biólogo molecular da Universidade de Haifa, Israel, e Masaryk, República Tcheca, publicado em outubro do ano passado. Ele juntou duas compilações anteriores de definições de vida, eliminou as repetições e, a partir, delas criou uma lista de frequência de palavras utilizadas (eliminando artigos, preposições e outros conectores). A seguir, agrupou essas palavras por proximidade semântica (p.e. na categoria LIFE, inclui, além de 'life', 'living', 'alive', 'being', 'biological'...) no que ele chamou de 'definientia', termos definidores - nove no total: 'life', 'system', 'matter', 'chemical', 'complexity', 'reproduction', 'evolution', 'environment', 'energy' e 'ability'*.

Trifonov considerou, então, que vários termos implicitamente incluiem a ação de outros, como 'metabolism' implica 'energy' e 'matter', que implicam em um 'environment'. Para ele, apenas dois termos são independentes: 'reproduction' e 'evolution'. Assim chegou ao conjunto mínimo de termos para uma definição concisa e abrangente: 'Life is self-reproduction with variations'. ['Vida é autorreplicação com variações.']

O artigo mexeu com a comunidade de leitores da publicação. O que levou os editores a dedicarem a edição de fevereiro deste ano ao tema. Dos 34 textos, 21 são sobre a definição proposta: um editorial, 19 artigos comentando o trabalho de Trifonov e um artigo de resposta do próprio Trifonov.

Falhas e limitações da metodologia empregada, claro, são apontadas. Radu Popa, biólogo da Universidade Estadual de Portland, autor de uma das compilações em que se baseou o trabalho de Trifonov, diz que o processo de análise de frequência de palavras para medir a importância do termo aplica-se melhor a campos em que a pesquisa básica já está praticamente completa e consolidada, além disso, o método acaba sendo uma aferição de popularidade dentro de uma comunidade científica e, diz Popa, "if we promote a scientific model based on popularity, then Alfred Wegener was correctly ignored in 1912, when he promoted the concept of continental drift". ["se formos promover um modelo científico baseado na popularidade, então Alfred Wegner foi corretamente ignorado em 1912, quando ele promovia o conceito de deriva continental".] E, no campo da definição de vida, Popa cita o trabalho de Victor Kunin (do Instituto Europeu de Bioinformática) que propõe o início da vida como uma simbiose entre duas redes moleculares (de proteínas polimerase de ARN cooperando com ARNs que codificavam as polimerases proteicas): é uma visão ainda pouco citada entre os modelos de origem da vida e ficaria fora do radar da análise de frequência de palavras.

Referências
Popa, B. (2012). Merits and Caveats of Using A Vocabulary Approach to Define Life Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 29(4), 607-608

Trifonov, E.N. (2011). Vocabulary of Definitions of Life Suggests a Definition Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, 29 (2), 259-266

*Upideite(13/jan/2011): sim, a lista tem 10 elementos, mas 'life' é o termo que se quer definir, não sendo, assim, ele mesmo um 'definientium' 'definiens'.

O que é biologia?

A maioria das fontes irá definir mais ou menos como: "estudo científico da vida" (e partir para uma longa discussão sobre o que vem a ser vida afinal de contas).

Apesar de o termo ter sido cunhado repetidas vezes de modo independente entre o fim do século 18 e início do 19 (com a referência mais antiga conhecida - no sentido moderno do termo - datando de 1766, segundo McLaughlin 2002), ainda no inicio do século 20 havia uma certa discussão acerca da definição e significado da palavra.

Em uma carta à Science, em 1893, J. Christian Bay sugeria que "a ciência dos seres vivos" fosse referida como fisiologia, sendo a biologia: "the mutual relationship of the forms of organized matter, especially in view of the theories of adaptations and of natural selection" ["a relação mútua entre as formas organizadas de matéria, especialmente segundo as teorias das adaptações e da seleção natural"].

Harper (1913), em uma proposta de reorganização das seções da AAAS, observou: "Biology was for a long time, and is still in some quarters, regarded as merely the sum of zoology and botany or, worse still, a mixture of a large amount of zoology with a small amount of botany.' Some also have treated it as practically synonymous with ecology, particularly animal ecology. But every science is known by its laws, and if biology is defined as the science of life its laws are those which apply to all forms of life and not to inanimate matter, namely, the laws of evolution and heredity." ["A biologia foi, por um longo tempo, e continua em algumas partes, tida como meramente a soma da zoologia e da botânica, ou, pior, a mistura de uma grande porção de zoologia com uma pequena porção de botânica. Alguns até mesmo têm-na tratado como praticamente um sinônimo de ecologia particularmente ecologia animal. Mas toda ciência é conhecida por suas leis, e, se a biologia é definida como a ciência da vida, suas leis são aquelas que se aplicam a todas as formas de vida, mas não à matéria inanimada, quais sejam, as leis da evolução e da hereditariedade."]

Essa discussão não aparece, no entanto, por exemplo, nas páginas da britânica Nature. É possível (mas friso que é apenas um chute) que essa diferença se deva à instalação recente (à época) da biologia como disciplina acadêmica nos EUA - ocorrida ao fim do século 19 (Campbell 1891, Pauly 1984).

Definições alternativas

• Thornhill 1984. "Biology is the scientific study of the evolution of life." (Definição de Bay. Geralmente denominada de Biologia Evolutiva.)
• Dawkins 1986 "Biology is the study of complicated things that give the appearance of having been designed for a purpose." (Não sei ao certo se se trata mesmo de uma definição ou se de apenas conceituação.)
• Rinaldo 1998. "While biology is the study of carbon-chain chemistry, artificial life could be thought of as theoretical biology, which looks instead to creating models of biological systems."*
  
• Piazzo 2005. "the science that studies complex interactive systems related to living organism. This new definition suggests a similarity between biology and computer science, because a field of the latter is the modelling of concurrent interactive systems (usually made of software components)".
• Mustelin, T. 2006. (apud Martin 2007) "the science of nanostructures made of predominantly carbon, oxygen, nitrogen and hydrogen"

Referências
Bay, J. (1893). What is Biology? Science, 275-276 DOI: 10.1126/science.ns-21.537.275

Campbell, J.P. (1891). Biological Teaching in the Colleges of the United States.

Dawkins, R. (1986). The Blind Watchmaker.

Harper, R. (1913). A proposed re-arrangement of sections for the American Association for the Advancement of Science Science, 38 (988), 815-818 DOI: 10.1126/science.38.988.815-a

Martin, C. (2007). Nanomedicine: a great first year and, with your help, a bright future ahead
Nanomedicine, 2 (3), 265-266 DOI: 10.2217/17435889.2.3.265

McLaughlin, P. (2002). Naming Biology Journal of the History of Biology, 35 (1), 1-4 DOI: 10.1023/A:1014535811678

Pauly, P. (1984). The appearance of academic biology in late nineteenth-century America Journal of the History of Biology, 17 (3), 369-397 DOI: 10.1007/BF00126369

Piazzo, P. 2005. Probabilistic Modelling and Verification of Biological Systems. Tese de Doutorado.

Rinaldo, K. (1998). Technology Recapitulates Phylogeny: Artificial Life Art Leonardo, 31 (5) DOI: 10.2307/1576600

Thornhill, R. (1984). Scientific Methodology in Entomology The Florida Entomologist, 67 (1) DOI: 10.2307/3494107

*Upideite(20/fev/2011): Adido a esta data.
D9Vg7Srh

It's alive, it's alive!

O caso da divulgação pela Nasa das bactérias que usam arsênio continua a render várias postagens e matérias. O Scienceblogs americano conta de diversos textos como este, este e este (o Sb.br também tem uma coleção de posts sobre o assunto: este, este e este).

Mas aqui quero me deter em um aspecto que comentei de passagem anteriormente: sobre a (ausência de) implicação da descoberta (em caso de confirmação) no conceito e definição de vida.

Seguem minhas anotações de alguns trabalhos sobre a questão do que é vida.

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Da Silva (2009)
• Vida como a presença de uma substância específica dos seres vivos.
Vitalismo: Força vital. Psykhé (alma): Aristóteles (“Da alma”). Animismo (séc. 17): Georg Ernst Stahl (1660-1734), médico e filósofo alemão.
• Vida como criação divina
Idade Média.
• Vida como uma máquina
Mecanicismo. Renascimento: Descartes.
• Vida como autorregulação sustentada por relações de dominação
Nietzche (séc. 19). Indivíduo como resultado da luta entre suas partes e seu desenvolvimento relacionado com o predomínio de algumas partes sobre outras.
• Vida como seleção de replicadores
Teoria Sintética da Evolução. Neodarwinismo (sécs. 20 e 21).
• Vida como um sistema autopoiético
Humberto Maturana e Francisco Varela (déc. 1960): independência e constância de uma determinada organização das relações dos elementos que constituem esse sistema, organização essa que é autorreferencial no sentido de que sua ordem interna é formada a partir da interação dos seus próprios elementos e autorreprodutiva no sentido de que tais elementos são produzidos a partir dessa mesma rede de interação circular e recursiva.
• Vida como interpretação de signos
Biossemiótica: produção, transmissão e interpretação de signos. Emmeche (1998): interpretação funcional de signos em sistemas materiais autoorganizados.
• Listas de propriedades
Essencialismo
Crescimento, reprodução, respiração, nutrição, excreção, irritabilidade, locomoção...

Emmeche & El-Hani (2001)
Visão tradicional sobre a definição de vida
1. A vida como tal não pode ser definida: uma definição clara não é encontrada;
2. A questão da definição da vida não é importante para a Biologia;
3. O processo da vida pode ser definido ou, ao menos, aproximadamente distinguido dos processos não-vivos por meio de uma lista de propriedades;
4. É difícil delimitar o conjunto de propriedades, mas tal dificuldade não é séria. Seres vivos particulares podem não apresentar todas as propriedades: o conjunto não é suficiente e necessário. A lista pode ser vaga e redundante, admitindo uma fronteira não rigidamente demarcada entre o vivo e não-vivo;
5. A vida não pode ser reduzida à física em função de sua complexidade. A lista de propriedades inclui elementos genuinamente biológicos: autorreprodução, metabolismo, seleção natural.

Emmeche & El-Hani (2001)
Requisitos para uma definição de vida
1. Universalidade: abranger todas as formas de vida possíveis, não apenas as baseadas em carbono;
2. Coerência com o conhecimento científico;
3. Elegância conceitual e capacidade de organização cognitiva;
4. Especificidade: excluir formas obviamente não-vivas.

Definições
N. Horowitz (1959): “A vida caracteriza-se por autorreplicação, mutabilidade e troca de matéria e energia com o meio ambiente”.

Monod (1971): teleonomia, morfogênese autônoma e invariância reprodutiva. Emmeche & El-Hani (2001)

Mayr (1982): complexidade e organização; singularidade química (propriedades extraordinárias das macromoléculas); qualidade (diferenças individuais, sistemas de comunicação, interações em ecossistemas, etc. em contraste com a quantificação do mundo físico); individualidade e variabilidade; presença de um programa genético; natureza histórica; seleção natural; e indeterminação (incluindo emergência de qualidades novas e imprevisíveis nos níveis hierárquicos). Emmeche & El-Hani (2001)

Maynard-Smith (1986): “Entidades com as propriedades de multiplicação, variação e hereditariedade são vivas e entidades que não apresentam uma ou mais dessas propriedades não são” -> vida como evolução por seleção natural. Emmeche & El-Hani (2001)

S.J. Wicken (1987): “[Sistema vivo é] aquele capaz de processar informação [...] uma hierarquia de unidades funcionais que, através da evolução, tem adquirido a habilidade de armazenar e processar a informação necessária para sua própria reprodução”.

De Duve (1991): assimilação, conversão de energia em trabalho, catálise, informação, isolamento controlado, autorregulação e multiplicação. Emmeche & El-Hani (2001)

Korzeniewski (2001): "Uma definição de vida (um indivíduo vivo) em termos cibernético é proposto. Nesta formulação, vida (um indivíduo vivo) é definido como uma rede de retroalimentação negativa inferior (mecanismos regulatórios) subordinada a (a serviço de) uma retroalimentação positiva superior (potencial de expansão)."

William R. Clark (2006: p. 159-60): “no nível das células individuais, a possibilidade de vida pode ser definida como a interação de energia termodinâmica distribuída universalmente com macromoléculas biológicas específicas organizadas em estruturas específicas”. Criptobiose.

Referências
Clark, W.R. 2006. Sexo e as origens da morte: como a ciência explica o envelhecimento e o fim da vida. Record. 204 pp.

Da Silva, P.R.; Andrade, M.A.B.S. & Caldeira, A.M.A. 2009. A concepção de professores de Biologia sobre conceito de vida. Encontro Nacional de Pesquisa em Educação em Ciências. Florianópolis, 8 de novembro de 2009.

Emmeche, C. & El-Hani, C.N. 2001. Definindo vida. Pp: 31-56. In El-Hani, C.N. & Videira, A.A.P. (orgs.) O que é vida? – para entender a Biologia do século XXI. Faperj/RedumeRelume Dumará.

Korzeniewski, B. 2001. Cybernetic formulation of the definition of life. J. theor. Biol. 209: 275-86.

Vieira, A. & Souza-Barros, F. 2001. Teorias da origem da vida no século XX. Pp: 71-101. In El-Hani, C.N. & Videira, A.A.P. (orgs.) O que é vida? – para entender a Biologia do século XXI. Faperj/RedumeRelume Dumará.
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Certamente não esgota todas as definições e conceituações propostas para o que seja o fenômeno da vida, mas essa coleção mostra bem que a composição tem um peso pequeno (ou nulo) diante de aspectos funcionais.

Upideite(21/dez/2010): Nos comentários, Berlinck corrige o nome da editora Relume Dumará e sugere outras leituras - pensei em indicar também, mas como a lista que fiz era de referências e não bibliografia, deixei de fora, mas diante da sugestão feita, listo-os abaixo.

Luisi, P.L. 2006. The emergence of life: from chemical origins to synthetic biology. Cambridge Univ. Press. 332 pp.

Margulis, L. & Sagan, D. 2002. O que é vida? Jorge Zahar Editor. 289 pp.

Schrödinger, E. 1997. O que é vida? O aspecto físico da célula viva. Seguido de: Mente e matéria e Fragmentos autobiográficos. Ed. Unesp/Cambridge Univ. Press. 192 pp.

(Li os de Margulis e Schrödinger; ainda não tive a oportunidade de ler a obra de Luisi - mas vi uma palestra dele no IEA-USP sobre origem da vida.)