A crise energética, o efeito estufa, o buraco na camada de ozônio e as novas moléstias, como a AIDS, são algumas das questões e desafios que no final do século XX levaram as ciências biológicas a uma maior interdisciplinaridade, poder de síntese e precisão.

Biologia é o conjunto das disciplinas que têm por objeto os seres vivos. Estuda portanto a estrutura, as funções, a evolução e as interações das várias formas de vida entre si e com o meio circundante. As ciências biológicas, juntamente com as geológicas, formam a história natural, que pode ser vista como precursora da moderna ecologia.

As diferenças entre um mineral, uma planta e um animal são evidentes, o que leva a supor que é fácil definir um ser vivo. Mas um cristal e um vírus podem ter formas similares e assim suscitar dúvidas sobre a distinção entre ser vivo e ser inanimado e sobre a definição da vida.

Um critério básico para definir um ser vivo é sua capacidade de ajustar-se ao meio e de extrair dele a energia necessária a suas estruturas e funções. A homeostase -- termo criado por Claude Bernard no século XIX -- é a tendência, comum a todas as formas vivas, de manter a estabilidade fisiológica. Todavia, os mecanismos homeostáticos operam dentro de certos limites de pressão, temperatura, umidade, acidez etc. Esses mecanismos de regulação põem em funcionamento sistemas que impedem que mudanças ambientais alterem demasiadamente o estado interno do ser. Assim, uma árvore pode gerar um córtex mais grosso quando o clima se torna mais frio ou seco que o habitual; o organismo humano é capaz de sintetizar pigmentos para proteger a pele dos raios solares; alguns animais hibernam quando o frio os força a um enorme gasto energético.

Há casos em que o controle é feito por mecanismos comportamentais. Assim, por exemplo, a abelha (Apis mellifera) é capaz de controlar a temperatura no interior da colméia por meio da água trazida para dentro e que se evapora graças à ventilação produzida pela vibração das asas de numerosas operárias. Espécies de Melipona -- abelhas sociais indígenas -- que nidificam em oco de árvores, podem na estação chuvosa mudar suas colônias para as partes mais altas das cavidades e calafetá-las com cera e resinas a fim de torná-las impermeáveis. Os térmitas que constroem suas vivendas terrosas nas quentes savanas africanas, modificam continuamente as aberturas de seus ninhos, de modo a facilitar a termorregulação e circulação do ar, para que não se torne viciado e comprometa as culturas de fungo, necessárias a sua sobrevivência.

Outra característica do ser vivo é a auto-reprodução. Os seres vivos se compõem de unidades estruturais simples, as células, que se reproduzem a partir de si próprias. Como afirmou o pesquisador prussiano do século XIX Rudolf Virchow, toda célula provém de outra célula.

Origem da vida

Poucas questões têm ocupado tanto a ciência quanto a origem da vida. O experimento clássico de Louis Pasteur descartou de uma vez por todas a idéia da geração espontânea e estabeleceu o princípio da biogênese, segundo o qual a vida provém somente da vida. Descartou-se assim a possibilidade de larvas de moscas serem geradas de carne em decomposição, ou de minhocas se originarem do solo em dias de chuva, ou de ratos nascidos de camisas velhas. A geração espontânea voltou à moda no século XX, em plena vigência do paradigma biogênico, mas em nova versão: a de que a geração espontânea não pode ocorrer nas condições atuais; mas que a vida se originou nos primórdios do planeta, a partir da matéria bruta sob condições especiais; e que das formas primitivas então geradas descendem as formas de vida atuais.

A base da teoria da vida mais amplamente aceita é a do bioquímico russo Aleksandr Oparin, no livro A origem da vida na Terra, publicado em 1924 e divulgado a partir da versão em inglês, em 1938. Embora a teoria seja dada como válida, existem detalhes ainda hoje polêmicos e explicações insatisfatórias para certas etapas do fenômeno. Ao que parece, a vida se originou na atmosfera primitiva, há cerca de dois bilhões de anos.

A teoria mais aceita afirma que o sistema solar originou-se de uma nuvem de poeira cósmica e gases, que se condensou em massas mais compactas e com isso produziu enorme quantidade de calor e pressão, que desencadearam reações termonucleares e transformaram a massa condensada de maior volume no Sol. Os fragmentos que gravitavam a seu redor formaram os planetas. Durante a condensação do fragmento que deu origem à Terra, os materiais mais pesados, como o ferro e o níquel, mergulharam para o interior e os mais leves permaneceram na superfície, com grande desprendimento de gases, como hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e carbono, todos de suma importância para a origem da vida. A atmosfera primitiva continha mais hidrogênio que a atual e conseqüentemente apresentava menores quantidades de nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono livres, combinados com o hidrogênio sob a forma de amônia, de vapor de água e de metano. Os planetas Júpiter e Saturno têm hoje atmosfera semelhante à primitiva atmosfera da Terra.

Como essa mistura é quimicamente estável, para que ocorressem reações capazes de originar as primeiras moléculas orgânicas existentes nas formas precursoras de vida havia necessidade de energia externa. A teoria sobre a origem da vida sustenta que a energia de descargas elétricas geradas nas tempestades e a proveniente dos raios ultravioleta do Sol, com o concurso da luz visível e de outras formas de energia, como o calor, provocaram uma reação nos gases atmosféricos para proporcionar as moléculas orgânicas primordiais. As experiências clássicas do bioquímico americano Stanley Miller, em 1953, assim como numerosas outras subseqüentes, realizadas em condições simuladas a partir de uma mistura dos gases que supostamente compunham a atmosfera terrestre primitiva, demonstraram que é possível obter moléculas orgânicas com alguns aminoácidos, que são os componentes essenciais das proteínas.

Ainda segundo a teoria, chuvas torrenciais teriam transportado essas moléculas para os mares e oceanos, onde se acumularam no decorrer de milhões de anos. A difusão ajudou o contato entre essas substâncias, que em condições adequadas, foram formando as proteínas e outros compostos. Esse caldo rico e complexo foi-se concentrando, por meio do fenômeno denominado coacervação, e formaram gotículas, os chamados coacervados. Não se sabe ainda em que fase esse sistema molecular complexo se tornou vivo. Os cientistas consideram os átomos como sistemas dotados de cargas elétricas, que se mantêm unidos e formam moléculas pela energia elétrica das ligações químicas. Todavia os coacervados não têm a capacidade de se auto-reproduzir e de proporcionar a seus sucessores a informação suficiente para manter a mesma estrutura nas gerações subseqüentes.

Estudos bioquímicos demonstraram que só existe uma molécula capaz de duplicar-se, o ácido desoxirribonucléico (ADN). Para que ocorra a duplicação, no entanto, o ADN precisa estar em contato com determinadas enzimas, que são proteínas especiais. As proteínas não podem reproduzir-se, mas são sintetizadas nos organismos a partir de informações contidas no ADN. Por conseguinte, há necessidade de ADN para a produção de proteínas; e de proteínas para o processo de duplicação do ADN. Desse dilema nasce o debate entre os vitalistas, para quem os seres vivos têm alguma característica intrínseca, e os mecanicistas, para quem todo processo biológico pode ser explicado por leis físicas e químicas.