Se a matéria e a energia não tivessem esta facilidade de uma se transformar na outra, não haveria vida no nosso planeta. A vida no nosso planeta depende de dois processos químicos: a fotossíntese e a combustão (metabolismo). Os dois processos dependem um do outro, ou seja, para que um se dê, tem de se dar o outro. Pela fotossíntese, as células das plantas transformam a luz solar em energia química; esta energia química é depois queimada pela própria célula na presença do oxigénio.
A fotossíntese é uma função pré-biótica, ou seja, não é em si mesma vida ainda, pois a vida é sempre combustão (combustão lenta ou metabolismo). A fotossíntese é a fabricação de alimento em forma de glicose pelas células; a vida é o queimar desse alimento usando o oxigénio como comburente. A fotossíntese é feita pela vida vegetal que tem a particularidade de fabricar o próprio alimento. Por isso, as plantas não precisam de andar, como os animais.
Porém a reação química que as mantém vivas não é a fotossíntese, mas sim a combustão: elas consomem parte da glicose e parte do oxigénio que produzem para se manterem vivas e ter energia para realizar mais fotossíntese, libertando a outra parte do oxigénio e armazenando a outra parte da glicose para os animais que delas se alimentam. Como a fotossíntese só pode acontecer de dia, ou seja, na presença da luz solar, durante a noite as plantas consomem parte da glicose e do oxigénio que produziram durante o dia. Mesmo assim, ainda acumulam energia, ou seja, crescem e libertam o oxigénio de que os outros seres vivos precisam para viver.
Como surgiu a vida no nosso planeta
São as plantas que geram todo o alimento que existe na Terra; sem elas, a Terra seria um planeta morto. Há 4,5 mil milhões de anos a Terra formou-se pela colisão de milhares de meteoritos no sistema solar emergente. A temperatura era tão alta que a superfície da terra era um oceano de lava.
Passados milhões de anos após a formação do planeta, a Terra entrou num processo de arrefecimento gradual e essa alteração originou uma fina camada de rocha em toda a Terra. Com as mudanças ocorridas na temperatura do planeta, que foi arrefecendo, foi expelida do interior da Terra uma imensa quantidade de gases e vapor de água. Esse processo fez com que os gases formassem a atmosfera e o vapor de água favorecesse o surgimento das primeiras precipitações.
Porém, como a temperatura era muito elevada ainda, quando a água da chuva chegava ao solo evaporava-se outra vez e não se fixava no solo. Quando a temperatura do solo desceu a baixo do nível de ebulição da água, esta começou a fixar-se, formando os oceanos. Foi nos oceanos que a vida se formou.
Génese do oxigénio
Pode parecer lógico pensar que, tal como a água é anterior à vida, também o oxigénio que é o comburente da combustão chamada vida, seja anterior à vida. Mas isso não acontece. Primeiro surgiu a vida ou uma forma primitiva de vida e só depois surgiu o oxigénio. Poderíamos dizer que o oxigénio, apesar de ser inorgânico, tem uma origem orgânica. É provável que houvesse algum oxigénio na atmosfera da Terra há 2,4 mil milhões de anos, mas era insuficiente para criar vida. O que fez com que os níveis de oxigénio aumentassem vertiginosamente até atingir 21% do ar, foi um microrganismo chamado cianobactéria ou alga azul esverdeada.
Todo o oxigénio da atmosfera provém da água. A molécula da água é composta por dois átomos de hidrogénio e um de oxigénio. Para que a água se divida nos dois elementos simples que a compõem, é preciso que uma corrente elétrica atue sobre ela. O processo pelo qual a molécula da água se rompe e divide nos dois gases que a compõem é chamado eletrólise e não se dá de uma forma natural. Se se desse de uma forma natural, não precisaríamos de combustíveis fósseis, teríamos uma fonte de energia inesgotável e eternamente renovável.
Muita gente pensa que a fotossíntese é o fenómeno pelo qual as plantas transformam o dióxido de carbono ou CO2 em oxigénio, mas não é assim. O oxigénio não provém de uma reação química do dióxido de carbono, mas sim da água. O oxigénio é produzido na primeira etapa desta, quando ocorre a eletrólise. O primeiro microrganismo que se conhece, responsável pelas primeiras fotossínteses no nosso planeta, é a cianobactéria.
A cianobactéria faz a eletrólise na primeira etapa da fotossíntese, porque está interessada no hidrogénio que a água contém, e liberta o oxigénio porque não está interessada nele. Na verdade, o oxigénio é um subproduto da primeira etapa da fotossíntese. A cianobactéria está interessada no hidrogénio porque este, combinado com o dióxido carbono, vai produzir glicose na segunda etapa da fotossíntese. No entanto, a cianobactéria não conseguiria o hidrogénio em que a água é rica (contém o dobro de hidrogénio em relação ao oxigénio) sem libertar o oxigénio como subproduto.
Os primeiros microrganismos eram termófilos, ou seja, eram capazes de sobreviver em ambientes muito quentes e convertiam substâncias inorgânicas como o enxofre e o carbono em energia. Quando a temperatura da atmosfera desceu para 72ºC, estes microrganismos evoluíram para cianobactérias, pois esta é a temperatura máxima a que a fotossíntese é possível.
Durante milhares de milhões de anos, o oxigénio foi-se acumulando na atmosfera; o que subiu para as camadas mais altas desta transformou-se em ozono. Assim se formou o ambiente e se criaram as condições para a vida se diversificar. Todas as plantas do nosso planeta se alimentam da mesma forma que este microrganismo, pela fotossíntese.
Morfologia das cianobactérias
Também designadas como algas azuis e esverdeadas, já foram catalogados cerca de 150 géneros de cianobactérias e, aproximadamente, 1 500 espécies. Grande parte das espécies vive em águas marinhas, de lagos, rios e até em solos muito húmidos. Existem em diversos formatos: bastonetes, esferas e filamentos.
Medem apenas alguns micrómetros, ou seja, apenas podem ser vistas com a ajuda de microscópios. Têm uma reprodução assexuada, sendo unicelulares, mas podem ser encontradas em colónias ou filamentos. Estes organismos, no ecossistema aquático, formam o chamado fitoplâncton e constituem a base da cadeia alimentar desses ecossistemas. Realizam uma fotossíntese aeróbica (usam a água como fonte de eletrões e libertam oxigénio) e são autotróficos, já que a fotossíntese é a principal forma de obtenção de energia.
As cianobactérias surgiram há aproximadamente três mil milhões de anos na Terra. Esta datação é confirmada a partir de fósseis conhecidos como estromatólitos, que foram formados por esses microrganismos. Por existirem há tanto tempo, acredita-se que as cianobactérias foram as responsáveis pela produção do oxigénio que se acumulou na atmosfera primitiva.
Cronologia da vida na Terra
Há 4,5 mil milhões de anos formou-se a Terra. Depois que a água assentou nos oceanos, formaram-se os primeiros microrganismos termófilos, há cerca de 3,5 mil milhões de anos. Por esta altura, surgiu a cianobactéria, quando a temperatura da água do mar passou a permitir a fotossíntese. As cianobactérias são microrganismos simples formados por células sem núcleo, ou seja, células procariontes.
Há 2 mil milhões de anos nasceram as células eucariontes, ou seja, células com núcleo que são as células fundamentais para a vida - todos os seres vivos, animais e plantas, são compostos por células eucariontes. Há cerca de 570 milhões de anos deu-se a explosão de vida cambriana; a vida diversificou-se e desenvolveram-se os primeiros organismos não vegetais.
Há 438 milhões de anos, as plantas, que até então só existiam no mar, começaram a povoar a Terra. Foram as primeiras a sair do mar, o que é lógico, pois toda a vida na Terra depende delas. Anos depois, há 408 milhões de anos surgiram os primeiros anfíbios, antepassados dos répteis que surgiram há 360 milhões de anos.
A extinção dos dinossauros, os répteis mais emblemáticos do nosso planeta, deu-se há 66 milhões de anos. Destronados estes, a Terra começou a ser governada pelos mamíferos e, de entre estes, destacaram-se os primatas, que surgiram há 55 milhões de anos. O ser humano terá surgido há 5 milhões de anos.
Componentes da fotossíntese
Para que uma planta possa fazer fotossíntese, ou seja, usar a luz solar para a transformar em energia química e poder assim fabricar o seu próprio alimento, precisa de três elementos inorgânicos: a água, a luz do sol e o dióxido de carbono. A estes elementos juntamos as particularidades da célula vegetal, que tem um elemento que as células animais não possuem, os cloroplastos.
Água
A água nos vacúolos controla a intumescência da célula vegetal. Se a planta ficar com pouca água, murcha; uma planta com as folhas murchas, ou seja, que perderam grande parte da sua intumescência por não ter água, diminui de volume e não pode fazer bem a fotossíntese. Devido à capacidade de controlo térmico da água, é possível às plantas absorverem grandes quantidades de radiação solar sem elevação de temperatura.
Mas a água não só facilita a fotossíntese mantendo os vacúolos da célula operacionais, como também faz parte integrante deste processo químico. A planta provoca a fotólise da água, ou seja, decompõe a molécula nos seus elementos simples: hidrogénio e oxigénio. Posteriormente, liberta o oxigénio para a atmosfera, como um subproduto, combinando o restante hidrogénio com o dióxido de carbono do ar para a operação seguinte que é a produção de glicose.
Luz do sol
A luz é uma onda de radiação eletromagnética de fotões cujo comprimento de onda se situa entre a radiação infravermelha e a ultravioleta. A luz que nos parece branca ou transparente revela parte da sua complexidade quando atravessa um prisma ou os cristais de água na atmosfera, formando o arco-íris. Desta radiação eletromagnética, só uma parte é visível ao olho humano, a que vai de 380 a 760 nanómetros.
A luz solar é a única fonte de energia do nosso planeta. Todo o tipo de energia de que dispomos na Terra, em última análise, vem exclusivamente do sol. Sem oxigénio não haveria vida, sem fotossíntese não haveria oxigénio e sem sol não haveria fotossíntese.
É o sol que coloca em movimento os ciclos dos quais depende a vida: o ciclo do oxigénio, o ciclo da água, o ciclo do azoto e tantos outros ciclos. Sem a energia solar este seria um planeta morto e escuro. É a energia solar que torna possível que elementos orgânicos combinados produzam vida orgânica.
Dióxido de carbono
Este gás é hoje muito falado por ser responsável pelo efeito de estufa, que causa o aumento da temperatura atmosférica. É, portanto, encarado como negativo porque não deixa sair o calor da terra para a atmosfera. Mas as plantas precisam dele e a vida em geral precisa dele. Todas as moléculas orgânicas são uma combinação de carbono e hidrogénio; uma molécula que contenha simultaneamente carbono e hidrogénio nunca poderá ser inorgânica.
Na fotossíntese acontece precisamente isto: a combinação do hidrogénio que a planta obteve da decomposição da molécula da água com o dióxido de carbono que obtém da atmosfera, produz a glicose, ou seja, um alimento para a vida. De facto, quanto mais CO2 os humanos emitem para a atmosfera, mais as plantas absorvem e mais depressa crescem.
A capacidade das plantas de retirar CO2 da atmosfera duplicou, como se quisessem solucionar-nos o problema. Por isso, apesar da desflorestação tropical, o manto vegetal do planeta está a aumentar. Mas mesmo assim, todas as florestas terrestres e marinhas não são suficientes para purificar a atmosfera e evitar o aumento da sua temperatura.
Clorofila
A clorofila é a substância que compõe os cloroplastos. A célula vegetal é autótrofa, ou seja, fabrica o próprio alimento. As células animais são heterótrofas porque se alimentam de vida, ou seja, de outros organismos vivos e não fabricam o próprio alimento. De alguma forma, podemos dizer que todo o tipo de vida depende da vida vegetal, ou seja, a vida animal é parasita da vida vegetal.
É certo que a vida animal, sobretudo no que respeita à vida humana, é bem mais complexa que a vida vegetal. Porém ao nível celular, a célula vegetal tem praticamente tudo o que a célula animal tem e mais um organelo que a célula animal não tem: os cloroplastos. Enquanto que que a célula animal só faz metabolismo, ou seja, transforma a matéria (comida) em energia, a célula vegetal não só faz metabolismo, também faz fotossíntese que é o contrário do metabolismo, transforma a energia em matéria (alimento).
Convém recordar que a célula vegetal também tem mitocôndrias que realizam o seu metabolismo que, como o das células animais, é fundamentalmente uma combustão lenta. No entanto, a célula vegetal metaboliza ou queima o alimento que fabricou com a ajuda do comburente oxigénio que também fabricou, e ainda lhe sobra para todos os outros seres vivos que de si dependem.
A clorofila realiza a função principal da fotossíntese: retirar a energia contida na luz solar para produzir hidratos de carbono. Um aspeto interessante é que, quando olhamos para a estrutura atómica da clorofila, vemos enormes semelhanças com a estrutura atómica da hemoglobina. O núcleo da hemoglobina é formado por ferro, que lhe dá a cor vermelha, circundado por átomos de azoto. O núcleo da clorofila é formado por magnésio, que lhe dá a cor verde, rodeado também por átomos de hidrogénio. Os radicais que circundam o núcleo são iguais; a única diferença é que a cadeia de carbono da clorofila é bem maior que a da hemoglobina.
Há vários tipos de clorofila, cada um deles sintonizado com diferentes comprimentos de onda da luz.
- Clorofila A: é o pigmento que dá a cor azul e está presente em todos os vegetais com clorofila; a absorção ocorre perto do comprimento de onda de 450 nm.
- Clorofila B: são os pigmentos da cor verde; a absorção ocorre aproximadamente no comprimento de 465 nm.
- Carotenoides: são os pigmentos das cores amarela, laranja e vermelha, estando presentes em todos os vegetais; a absorção ocorre aproximadamente no comprimento de onda entre 400 e 500 n
- Ficobilinas: são os pigmentos azuis e vermelhos, e a absorção ocorre no comprimento de onda entre 500 e 600 nm.
É o processo químico e biológico mais importante para a vida no nosso planeta. O segundo seria o metabolismo, mas sem fotossíntese não haveria metabolismo, já que é a fotossíntese que fabrica o combustível e o comburente da combustão a que chamamos metabolismo. A fotossíntese gera a base da cadeia alimentar de todo o planeta.
Todos os dias nos alimentamos de sol, tanto sendo omnívoros como sendo veganos, vegetarianos, carnívoros ou comendo peixe. Em última análise, o que verdadeiramente comemos todos os dias é sol.
Etapa fotoquímica
Na primeira etapa, água mais luz liberta oxigénio pelo eletrólise ou fotólise. Os eletrões livres da molécula da água usam o hidrogénio que também foi libertado pela fotólise como transporte para entrar no organelo cloroplasto, na membrana do tilacoide e o NADPH produz depois também ATP. Estas duas substâncias, o ATP e o NADPH são o resultado final desta primeira etapa, na qual é necessária a luz solar. Estas são as duas substâncias que desencadeiam a etapa seguinte, a etapa bioquímica. O NADPH é redutor, o ATP é energético.
Etapa bioquímica
Esta etapa é bem mais complexa que a primeira, também conhecida como ciclo de Calvin. A fábrica de proteínas mais importante do mundo chama-se RuBisCo. Esta substância capta o dióxido de carbono da atmosfera, mistura-o com ribulose bisfosfato e converte-o em ácido 3-fosfoglicérico. Agora o fabricante é o NADPH que coloca hidrogénio e a energia é fornecida pelo ATP; o resultado final é gliceraldeído - 3-fosfato ou G3P. A fórmula ou equação química é a seguinte:
6CO2 + 6H2O + sol = C6H12O6 + 6O2.
Conclusão
Atualmente, o planeta está coberto de imensas florestas e bosques; no entanto, 70% do oxigénio que consumimos na Terra não provém das plantas terrestres, mas sim das plantas marinhas do oceano. Foi ali que se iniciou a fotossíntese e é ainda aquela fotossíntese que hoje nos faz respirar. Poderíamos então concluir que enquanto que a fotossíntese das plantas da Terra alimenta os nossos corpos, a do mar faz-nos respirar.
A complexa reação química que usa a luz do sol para liberar da água o oxigênio que respiramos, e combina o hidrogênio restante com o dióxido de carbono do ar para produzir a comida que comemos, é de fato o Big Bang da vida na Terra.
Pe. Jorge Amaro, IMC
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