De que são feitos os seres vivos? 

Toda matéria é feita de átomos. Seguindo a representação de um átomo proposta por Rutherford, podemos ilustrar um átomo sendo uma esfera com cerce de 1 Å (Å = 10-10 m ). No núcleo de um átomo há partículas com carga elétrica positiva, os prótons, e partículas sem carga elétrica, os nêutrons. Ao redor dessa região central, estão os elétrons, com carga elétrica negativa. Veja a ilustração abaixo, o primeiro desenho esta representando o núcleo do átomo em vermelho e um elétron, em laranja, orbitando o núcleo.  O segundo desenho esta ilustrando o núcleo composto por sete neutrons, em vermelho, e sete prótons, em azul, orbitando este núcleo esta seis elétrons. 

Como o número de prótons é igual ao de elétrons, o átomo é eletricamente neutro. A principal diferença entre dois átomos está na quantidade de prótons que cada átomo contém. Assim, todos os átomos de hidrogênio têm um próton em seu núcleo, todos os átomos de carbono têm seis prótons em seu núcleo; e assim por diante. Para entender melhor as diferenças entre os elementos químicos veja este texto sobre a tabela periódica. 

Os átomos podem se ligar uns aos outros, formando moléculas. Por exemplo, os átomos de hidrogênio se ligam aos átomos de oxigênio e formam uma molécula de água. Em uma grama de água há 30 sextilhões (3 x 10²²) de moléculas de água, sendo 6 x 10²² átomos de hidrogênio e 3 x 10²² átomos de oxigênio. Cada molécula de água é cosporta por dois átomos de hidrogênio e um átomo de óxigênio, dando origem a formula química da água H2O. 

Moléculas orgânicas

A organização da vida 

A complexidade da matéria orgânica deu origem a ao primeiro ser vivo do planeta terra, uma célula. A palavra "célula" faz alusão a uma "cela", um compartimento que aprisiona. A membrana plasmática é uma molécula orgânica (o fosfolipídio) que da origem ao compartimento que mantém concentrado em seu interior toda a matéria inorgânica, orgânica e organelas que interagem entre si, ainda, controla a entrada e saída de matéria do interior da célula. Tanto na membrana plasmática como no interior da célula a interação das moléculas ocorrem de forma organizada e de acordo com o estímulo que a célula recebe do ambiente. Por exemplo, para que sais minerais passem para o interior da célula através da membrana plasmática, a concentração de sais dentro da célula deve estar menor do que a concentração de sais no exterior da célula. Desta forma, a membrana plasmática "percebe", através da diferença da concentração de sais entre o interior e o exterior, e estimula a entrada de sais para o interior da célula. Este é apenas um exemplo de milhares de ações e reações ao ambiente que uma única célula faz. Estas reações podem ser ainda mais complexas quando tratamos de seres vivos que são constituídos por mais de uma célula, e ainda mais complexos quando estes organismos vivem em simbiose e interagem com outros organismos. Mesmo com o aumento da complexidade, a organização das respostas aos estímulos se matem acontecendo de forma organizada, dentro da célula e entre as células.    

Na maioria dos organismos constituídos por muitas células, a organização entre as células formam os tecidos, como os tecidos musculares. É devido a resposta organizada das milhares de células que forma os tecidos musculares que temos a capacidade de nos movimentar. Do mesmo modo, uma única célula não seria capaz de proteger ou revestir toda a superfície do seu corpo, por ser extremamente pequena, para isso são necessárias muitas células, dando origem ao tecido epitelial (a pele).

 Os tecidos podem se reunir formando órgãos, por exemplo a pele é um órgão do corpo humano, os tecidos musculares juntamente com outros tecidos são origem ao coração, os tecidos da derme dão origem ao encéfalo. De mesmo modo, os órgao trabalhando juntos para executar uma mesma função dão origem aos sistemas, por exemplo os órgao encéfalo, medula espinhal e nervos formam o sistema nervoso, responsável pela coordenação entre diferentes partes do corpo e pela integração do organismo com o ambiente. O conjunto de sistemas forma um organismo. O corpo humano, por exemplo, é formado, entre outros, pelos sistemas nervoso, digestório, respiratório, cardiovascular, urinário, genital, muscular e esquelético .

A organização dos seres vivos não termina com a formação de um organismo. Se considerarmos todo o sistema de vida no planeta, poderemos perceber graus ainda mais complexos de organização. Sabemos que os seres vivos interagem com outros seres e com o ambiente. Organismos da mesma espécie agrupam-se em determinada região, formando uma população. Uma população mantém relações com populações de outras espécies que habitam o mesmo local, formando uma comunidade. Uma comunidade pode ser representada pelo conjunto de todas as espécies que habitam determinado ambiente, como uma floresta ou uma lagoa. A comunidade influi nos fatores físicos e químicos do ambiente, como a chuva e a temperatura, e esses fatores também influem na comunidade. Desse modo, forma-se um conjunto, constituído por seres vivos e fatores físicos e químicos, chamado ecossistema. Esse nível de organização pode ser exemplificado por uma floresta inteira, incluindo os seres vivos, o tipo de solo, de clima, a quantidade de água. A reunião de todos os ecossistemas do planeta forma a biosfera, conjunto de todas as regiões da Terra habitadas por seres vivos. 

Transformações da matéria e energia 

Quando uma substância se transforma em outra, dizemos que ocorre uma reação química. Em todas reação químicas haverá o consumo de energia para que seja quebrada as ligações dos átomos da matéria bruta. No momento da quebra das ligações será liberado alguma forma de energia e, como resultado final, a matéria bruta será transformada em algum produto diferente da matéria bruta inicial. Por exemplo, quando uma vela queima, a chama que esta no pavio torna a parafina sólida em liquida, liberando os hidrocarbonetos que compõem a parafina, estes, em forma de vapor, se ligam ao oxigênio que esta no entorno da chama. Os hidrocarbonetos e o oxigênio juntos são um comburente, o que serve como combustível para manter a chama da vela. O resultado da queima dos hidrocarbonetos mais oxigênio é a liberação de gás carbônico e vapor de água para o ambiente. As energias produzidas neste processo são energia luminosa e o calor. 

Por meio de reações químicas, os seres vivos transformam as substâncias retiradas do ambiente em outras substâncias, que são utilizadas em seu próprio corpo. A nutrição é uma gigantesca cadeia de reações químicas, que garante ao ser vivo energia para ser utilizadas na manutenção das funções de seu corpo. Por exemplo a multiplicação de células no interior do corpo durante o período de crescimento e a reconstrução das partes desgastadas. Portanto a disponibilidade de energia e as moléculas obtidas através das reações químicas contribuem para que as células mantenham o corpo funcionando em um equilíbrio estável.  

As moléculas orgânicas de um alimento pode ser utilizada como fonte de energia; a principal substância para esse fim é a glicose, um tipo açúcar. A maioria dos seres vivos conseguem energia por meio da respiração celular que cataboliza a glicose (C6H12O6 ) e o gás oxigênio (O2 ), formando gás carbônico (CO2 ) e água (H2O). Nessa reação química a molécula de glicose é decomposta, liberando energia. Veja a ilustração a baixo.

Podemos dizer que, a todo momento, dois processos ocorrem no organismo:

• construção de moléculas formadoras de partes das células a partir de substâncias mais simples, com o consumo de energia, esse processo é chamado anabolismo e engloba as transformações de síntese ou construção

• degradação de substâncias mais complexas em outras mais simples, com liberação de energia, processo denominado catabolismo, que engloba as transformações de análise ou decomposição.

Nutrição autotrófica e heterotrófica 

Na natureza, podemos encontrar duas formas básicas de nutrição: a autotrófica e a heterotrófica

Na nutrição autotrófica, realizada apenas pelas plantas, algas e por algumas bactérias, o organismo é capaz de produzir a glicose a partir de substâncias inorgânicas que retira do ambiente. Note que os organismos autotróficos produzem substâncias orgânicas a partir de substâncias inorgânicas, sem ingerir substâncias orgânicas prontas, como é o caso dos seres humanos, como explicado anteriormente.

• A fotossíntese é um processo de produção de energia autotrófica utilizado por organismos que contém cloroplastos no interior de sua célula. Através da energia luminosa do Sol capturada pelas folhas, que é absorvida pelo cloroplasto, que vive em simbiose com as células da planta, e dos sais minerais capturados pelas raízes da planta produz a glicose. Essa glicose é distribuída nas células da planta que fazem o catabolismo dessa molécula liberando energia e formando oxigênio que é liberado na atmosfera. Veja a illustração abaixo. 

• A quimiossíntese é um outro processo de obtenção de energia autotrófico, realizado por bactérias unicelulares, estas bactérias também utilizam compostos inorgânicos, sem necessidade da luz solar, para produzir açucares e gerar energia a partir deste. 

Na nutrição heterotrófica os animais, os protozoários, os fungos e a maioria das bactérias obtém as moléculas orgânicas do ambiente para conseguirem produzir energia. Esses seres precisam ingerir moléculas orgânicas prontas. Por exemplo, a onça pintada precisa caçar para obter alimento, de onde irá conseguir as moléculas orgânicas prontas para utilizar no processo de formação de energia (aliás, os seres vivos são orgânicos); as bactérias heterotróficas fagocitam moléculas orgânicas que estão disponíveis no ambiente e utilizam-nas para produzir energia.

Reprodução e hereditariedade 

Em nossa espécie, Homo sapiens, estamos acostumados a perceber que filhos costumam ter algumas características físicas do pai e outras da mãe. As características de um indivíduo, como cor dos olhos ou dos cabelos, forma do nariz e até mesmo o desenvolvimento de algumas doenças, são determinadas por informações contidas nos genes em interação com outras partes da célula e com o ambiente.

Os genes são formados por segmentos de uma molécula orgânica, o ácido desoxirribonucleico (sigla em inglês DNA, deoxyribonucleic acid). Essas moléculas formam filamentos que ficam localizados no interior do núcleo das células. Quando a célula se divide, esses filamentos se condensam, sendo possível serem vistos ao microscópio como bastões: são os cromossomos. 

Os genes atuam em conjunto com moléculas de proteínas simples entre outras moléculas, orientando a produção de proteínas complexas, as quais promovem determinadas transformações químicas no organismo. O processo de produção de proteínas é influenciado pelo ambiente externo ao organismo e por seu “ambiente interno”.

As características de um organismo não dependem apenas do DNA. Elas são o resultado de uma ação conjunta do gene e do ambiente. Por exemplo, duas pessoas que tenham os mesmos tipos de genes para altura poderão ter alturas diferentes por causa das diferenças na alimentação durante o período de crescimento. Portanto, em vez de dizer que os genes determinam nossas características, o mais adequado é falar que os genes, em interação com o ambiente, influenciam nossas características.

Com o auxílio de diversas moléculas e estruturas, as células podem promover a replicação dos genes. Assim, pelo processo de reprodução, que pode ser assexuada ou sexuada, as informações que eles contêm são transmitidas para as gerações seguintes. 

Reprodução assexuada e sexuada 

Nos organismos unicelulares, como a ameba, a reprodução assexuada é a principal forma de reprodução e equivale a uma simples divisão celular: os descendentes recebem cópias iguais do DNA do indivíduo original e, por consequência, são geneticamente idênticos. 

No entanto, mesmo na maioria dos seres simples, encontramos também outra forma de reprodução, a reprodução sexuada. A reprodução sexuada é realizada pela união de células especializadas, denominadas gametas. Na maioria dos casos, a produção de gametas está ligada a uma diferença de sexo nos indivíduos adultos:

• o sexo feminino produz o gameta feminino, chamado óvulo. 

• o sexo masculino produz o gameta masculino, chamado espermatozoide

• nos vegetais, os nomes são diferentes: o gameta feminino é chamado oosfera, e o masculino de anterozoide

 Quando ocorre a fecundação, ou seja, a união do espermatozoide com o óvulo, ou do anterozoide com a oosfera, forma-se o zigoto. O zigoto, que é uma célula com material genético de sua "mãe" e de seu "pai". O zigoto divide-se em muitas outras célula, originando assim um novo indivíduo, que possuirá genes (DNA) provenientes de seus progenitores. Suas características, portanto, resultarão de uma combinação de genes paternos e maternos, além das influências ambientais.

Cada vez que um óvulo ou um espermatozoide é produzido, há embaralhamento de cromossomos e genes, de modo que cada espermatozoide ou cada óvulo tem um conjunto diferente de genes. Por isso, os filhos não são geneticamente iguais aos pais, aos irmãos ou a qualquer outro indivíduo da família (exceto em caso de gêmeos univitelinos). Dizemos, então, que a reprodução sexuada origina seres geneticamente diferentes e, portanto, maior variedade de indivíduos.

A ilustração abaixo esta representando a estrutura interna do núcleo de uma célula. O primeiro desenho é uma célula, com a membrana plasmatica e o citoplasma representados em azul. O segundo desenho é o núcleo dessa célula, demonstrando as estruturas que estão dentro do núcleo. Dentro do núcleo podemos observar o nucleoplasma, representado em azul, as cromatinas, representadas pelas linhas em azul escuro,  e o nucleolo, representado em laranja entre as cromatinas. As cromatinas nada mais são as fitas de DNA enroladas sob uma molécula de proteína, quando desenrolamos o DNA que esta sob a cromatina podemos ver a dupla hélice, que é o DNA propriamente dito, representado no terceiro desenho. No momento da divisão celular o material genético que se encontra dentro do núcleo, se junta, dando origem aos cromossos, ilustrado no quarto desenho.