3º ANO A - 2ª ATIVIDADE DE BIOLOGIA* & 2º EXERCÍCIO
(3ª Fase das Atividades Remotas)
Origem e evolução da vida: Origem da vida;
Teorias evolucionistas e Especiação.
ORIGEM DA VIDA
Há mais de dois
mil anos, acreditava-se na existência de um princípio ativo, ou princípio
vital, capaz de produzir matéria viva a partir de matéria inanimada. Tal
hipótese ficou conhecida como abiogênese ou ainda geração espontânea.
Essa hipótese foi definitivamente refutada apenas no século XIX. De acordo com
a hipótese da biogênese, os seres vivos só podem surgir a partir de outros
seres vivos.
Em 1862, Pasteur
elaborou uma engenhosa experiência: aqueceu os gargalos de alguns frascos e,
tornando-os maleáveis e assim os curvava, obtendo frascos com forma de “pescoço
de cisne”, enquanto outros frascos continuavam com o gargalo curto e reto. A
seguir, fervia caldos nutritivos no interior deles. Nos frascos de pescoço
reto, havia rápida contaminação dos líquidos nutritivos; nos frascos de “pescoço
de cisne”, mesmo depois de semanas, os líquidos continuavam claros e sem microrganismos.
Como os frascos
ficavam abertos, não se podia falar da impossibilidade da entrada do “princípio
ativo” do ar. Graças à curvatura do gargalo, os microrganismos do ar ficavam
retidos na superfície interna úmida e não alcançavam o caldo nutritivo. Quando
Pasteur partia o longo gargalo de um frasco, o caldo era invadido por microrganismos,
exatamente como nos frascos de gargalo reto. Essa experiência não permitiu
contra-argumentos: não permiti a entrada do hipotético “princípio ativo” do ar,
pois os frascos permaneciam abertos e os caldos nutritivos mantinham a
capacidade de desenvolver vida quando os frascos eram quebrados ou inclinados.
HIPÓTESE HETEROTRÓFICA
Segundo a
hipótese heterotrófica, os seres vivos surgiram de compostos orgânicos, na
forma de organismos muito simples e incapazes de produzir seu próprio alimento.
As circunstâncias em que isso ocorreu, há cerca de quatro bilhões de anos, eram
bem distintas das atuais. O planeta Terra tem aproximadamente 4,5 bilhões de
anos. Com o resfriamento houve o surgimento da crosta, há cerca de 4,1 bilhões
de anos. Os gases constituintes de sua atmosfera eram provavelmente metano
(CH4), hidrogênio (H2), amônia (NH3) e valor de água (H2O), o qual ao ser
aquecido subia na atmosfera, se resfriava e caía na forma de chuva. Violentas
tempestades resultavam em intensa atividade elétrica.
O ciclo da água: evaporação -> condensação
-> chuva -> evaporação acontecia com intensidade muito maior que hoje.
Com o resfriamento gradual da crosta, a água começou a se acumular, originando
os oceanos. Além das elevadas temperaturas e das descargas elétricas, a
superfície terrestre era bombardeada por radiações. Não havia, como hoje, a
proteção contra a entrada de radiação ultravioleta constituída pela camada de ozônio
(O3) e, em menor escala, pelo oxigênio atmosférico (O2). Nessa atmosfera
turbulenta havia grande quantidade de energia (calor, radiação e eletricidade)
e quatro tipos de átomos: hidrogênio, oxigênio, carbono e nitrogênio.
Stanley
Miller, em 1953, criou um aparelho que simulava prováveis condições da atmosfera
primitiva, e dentro do aparelho colocou NH3, CH4 e H2 (Figura 1). A
mistura de gases recebia continuamente descargas elétricas semelhantes a raios
e circulava graças à contínua ebulição da água, que originava vapor em uma das
extremidades do aparelho. Após uma semana, com o vapor de água sendo continuamente
sendo condensado e depositado, Miller observou que o líquido tinha passado de
incolor a rosado e continha aminoácidos.
Figura 1 – Esquema do aparelho de Miller, no qual ele tinha um “oceano
aquecido” e a provável “atmosfera” que existia na Terra primitiva.
Aquecendo-se misturas de aminoácidos,
é possível obter polipeptídeos, que em contato com a água, formam
complexos moleculares denominados coacervados. Milhões de anos separam
essa fase dos agregados moleculares do surgimento das células com os padrões
hoje conhecidos. Os mais antigos fósseis de procariontes datam de cerca de 3,5
bilhões de anos e já são relativamente complexos. Os fósseis de células
eucarióticas, semelhantes às atuais algas, têm aproximadamente 1,5 bilhão de
anos.
As estruturas membranosas internas
devem ter surgido por dobras do envoltório externo. Assim, teriam aparecido o
envoltório nuclear, o retículo endoplasmático e o complexo golgiense. Segundo a
Teoria Simbiótica (Figura 2) as células eucaróticas teriam
surgido por associação entre células procarióticas e outras menores. Os
cloroplastos seriam procariontes fotossintetizantes, que invadiram células
maiores (ou foram englobados por elas). Fato semelhante teria acontecido com
bactérias aeróbias, que vieram a constituir as mitocôndrias das células atuais.
Essa associação mostrou-se benéfica tanto para as células “invasoras” quanto
para as hospedeiras.
Figura 2 – Modelo endossimbiótico para o desenvolvimento
de células eucarióticas, com o englobamento de procariontes aeróbios e de procariontes
fotossintetizantes, gerando o modelo atual de célula eucariótica (Fonte: http://aterraeavida.blogspot.com/)
Várias características das mitocôndrias e dos cloroplastos parecem
confirmar essa teoria:
> Em ambos há membranas duplas;
> ambos possuem seu próprio DNA, em filamentos
semelhantes aos cromossomos bacterianos;
> sintetizam proteínas em seu interior e possuem ribossomos
pequenos, semelhantes aos ribossomos de procariontes;
> ambos se reproduzem por divisão binária, como os
procariontes;
> o DNA de cloroplastos codifica a produção de algumas
enzimas idênticas às enzimas de bactérias atuais.
Os primeiros
seres vivos, mergulhados no caldo nutritivo do oceano primitivo, tinham como recurso
viver à custa das substâncias dissolvidas. Na ausência de oxigênio, suposta característica
da atmosfera da época, a utilização dessas substâncias deve ter sido feita por
fermentação. Como conseguiam alimentos do ambiente e os utilizavam na ausência
de oxigênio, eram heterótrofos fermentadores.
Desprendido
pela fotossíntese, o oxigênio passou a ser liberado em larga escala para atmosfera,
onde sua concentração estava em ascensão. Posteriormente, surgiram os seres aeróbios,
tanto autótrofos quanto heterótrofos. A utilização de oxigênio na respiração
celular aeróbia representou um aumento de quase vinte vezes a quantidade de
energia colocada à disposição dos seres vivos.
Como a maioria dos
eucariontes requer oxigênio, devem ter se desenvolvido depois que os
procariontes fotossintetizantes (semelhantes às atuais cianobactérias)
aparecem, há bilhões de anos, enriquecendo a atmosfera com esse gás. Com o
surgimento do oxigênio, formou-se a camada de ozônio nas partes superiores da
atmosfera, que impedia a penetração da maior parte da radiação ultravioleta,
permitindo aos seres vivos emergir e conquistar a superfície dos oceanos, o ar
e o ambiente terrestre.
TEORIAS EVOLUCIONISTAS
Até o século
XIX, manteve-se em evidência o fixismo, hipótese que defendia a ideia de
que os seres vivos foram criados todos ao mesmo tempo, totalmente integrados ao
ambiente em que vivem e tendo permanecido inalterados desde então. Descobertas
geológicas no final do século XIX e do início do século XX passaram e a deixar
claro, entre outras coisas, que a Terra passa por intensas e permanentes
mudanças de relevo e de clima. Cristalizava-se a noção de um grande dinamismo
no planeta e firmava-se a ideia de que os seres vivos se adaptam de forma dinâmica
às mudanças do meio. Essa hipótese é conhecida como evolucionismo.
Em 1809, Jean
Baptiste Lamarck publicou o livro Filosofia zoológica, sobre
evolução. Segundo Lamarck, os seres vivos seriam capazes de se adaptar,
estimulados por uma necessidade imposta pelo ambiente. Os seres vivos
adotariam novos hábitos de vida, utilizando algumas partes do corpo mais que
outras. As partes mais utilizadas se desenvolveriam e as menos usadas viriam a
se atrofiar ou até desaparecer. Essa hipótese tornou-se conhecida como Lei
do uso e desuso. As mudanças dos organismos seriam transmitidas aos
descendentes, segundo a Lei da transmissão dos caracteres adquiridos.
Charles
Darwin propôs outra explicação para a evolução dos seres vivos. Segundo
ele, em cada espécie, existe grande diversidade, ou seja, indivíduos diferentes
entre si. Tal diversidade é transmitida de uma geração para a outra. Em cada grupo,
alguns indivíduos sobrevivem e outros são eliminados e a “triagem” é feita pelo
ambiente, por meio da seleção natural. Darwin e Lamarck explicaram as adaptações
acompanhadas de mudanças nos seres vivos. Para Darwin, o ambiente é agente
de seleção natural, atuando sobre a diversidade dentro da espécie. Já para
Lamarck, o ambiente é elemento estimulador de mudanças adaptativas e
herdáveis.
No início do século
XX, surgiu a teoria sintética da evolução ou neodarwinismo, que inclui
as ideias de Darwin complementadas pela genética. Segundo a Teoria Sintética da
Evolução:
> A diversidade intraespecífica é determinada pelas mutações
(variações que surgem por alterações súbitas do material genético) e pela recombinação
genética (proporcionada pela segregação independente dos cromossomos
homólogos e do crossing-over)
> O ambiente atua sobre diversidade da espécie, selecionando
os mais adaptados, que sobrevivem e se reproduzem. Esse processo é a seleção
natural.
A evolução em ação
O DDT é um
inseticida que começou a ser usado em larga escala na Segunda Guerra Mundial.
Inicialmente, ocorria a mortalidade de quase todos os insetos, passado algum
tempo, a eficiência do inseticida diminuiu. Os insetos que morreram eram sensíveis
ao DDT e os que sobreviveram são resistentes. Os insetos sensíveis e
resistentes diferem geneticamente: Ser resistente ou não ao DDT depende de
genótipos diferentes e o DDT é o agente de seleção. Apenas os indivíduos
resistentes ao DDT sobrevivem.
Figura 3 – Insetos sensíveis e resistentes ao longo do tempo de tratamento
com o inseticida DDT (Fonte: sites.google.com/site/biologiaaulaseprovas/).
Um antibiótico pode perder a eficiência no combate a bactérias.
Pode haver seleção de bactérias resistentes, surgidas por mutações,
entre bactérias sensíveis. Bactérias resistentes sobrevivem na presença do
antibiótico, multiplicam-se e predominam nas populações. Outro exemplo de seleção
natural, conhecido por melanismo industrial e atualmente questionado,
teria acontecido com as mariposas da espécie Biston betularia, com o
advento da revolução industrial (Figura 4). Antes da industrialização,
os troncos de árvores tinham cor clara. As mariposas claras se confundiam com a
cor dos troncos, sendo menos visíveis que as escuras, as quais eram facilmente
capturadas por pássaros. As mariposas claras, facilmente capturadas, tornaram-se
raras.
Figura 4 – Melanismo industrial: Com o escurecimento dos troncos de
árvores, as mariposas com cores mais escuras se camuflavam melhor e se livravam
mais facilmente de predadores. Já as de coloração esbranquiçada, foram
praticamente dissipadas, pois ficaram mais vulneráveis à predação (Fonte: https://www.blogs.unicamp.br).
ESPECIAÇÃO
Seres de
espécies diferentes apresentam isolamento reprodutivo: não se cruzam ou,
quando o fazem, não geram descendentes ou ainda tais descendentes podem nascer
inférteis. Especiação é a formação de espécies. Normalmente, a especiação
inicia-se com a separação da espécie em duas ou mais populações por uma
barreira física, situação essa denominada de isolamento geográfico. A
barreira física impede o fluxo de genes entre as populações (Figura 5).
Figura 5 – Na natureza, há vários tipos de barreiras físicas, como (a)
oceanos; (b) vales e (c) áreas secas.
Nas duas populações
submetidas à seleção natural, podem surgir mutações. As diferenças entre os
indivíduos desses grupos vão se acentuando com o tempo, levando ao isolamento
reprodutivo e à formação de espécies. Se as duas populações se encontrarem
antes que suas diferenças genéticas sejam acentuadas, poderão se cruzar e gerar
descendentes férteis; os indivíduos pertencerão à mesma espécie, porém a
subgrupos diferentes, que não apresentam isolamento reprodutivo.
Irradiação e Convergência
Um grupo
ancestral pode se dispersar por vários ambientes e originar diversas espécies.
Cada ambiente tem diferentes fontes de pressão que selecionam diferentes
variações adaptativas. As novas espécies possuem alguma semelhança por causa do
grupo ancestral comum. Irradiação adaptativa é a formação de espécies em
diferentes ambientes. Com o corpo quase submerso, rãs, crocodilos e hipopótamos
mantêm olhos e narinas alinhados com a superfície da água. Esses animais
descendem de ancestrais diferentes, que ocupam o mesmo ambiente, submetendo-se
aos mesmos fatores de seleção natural; com o tempo desenvolveram aspectos adaptativos
diferentes. Este tipo de evolução é chamado de convergência adaptativa.
Homologia e Analogia
A asa do morcego é semelhante ao membro superior humano quanto à estrutura interna, tendo os mesmos tipos de ossos. Essa semelhança pode ser explicada porque ambos são mamíferos com ancestralidade comum. Homologia é a semelhança de estrutura entre órgãos diferentes que possuem ancestrais em comum. Órgãos homólogos possuem a mesma origem embrionária e resultam da irradiação adaptativa (Figura 6).
Figura 6 – Exemplos de órgãos homólogos: o braço do homem, a pata de um
cavalo, a asa do morcego e a nadadeira da baleia. São ditos homólogos pois
possuem a mesma origem no embrião e a mesma origem evolutiva (neste caso, os
mamíferos) porém desempenham funções diferentes como cavalgar, nadar e voar (Fonte:
educabras.com).
A asa de morcego e a asa da abelha têm estruturas
diferentes, mas desempenham a mesma função, isso é denominado de analogia.
Essa semelhança de função entre órgãos de espécies diferentes de essas
espécies estarem submetidas às mesmas pressões seletivas, sendo resultado de convergência
adaptativa (Figura 7).
Figura 6 – Exemplos de estruturas análogas: as asas do morcego e as asas
da borboleta. Possuem origem embrionária e evolutiva totalmente diferentes,
porém desempenham a mesma função (Fonte: biologianet.com).
*Fonte: O texto e as figuras são baseados na obra de
Favaretto, J. A. 360º - Biologia: caderno de revisão (Livro do
Professor), 2ª ed, São Paulo: FTD, 2017, salvo quando indicada outra fonte.
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2º EXERCÍCIO
(3ª FASE DE ATIVIDADES REMOTAS)
Olá
queridxs alunxs,
Este é o nosso segundo exercício da terceira fase de estudos remotos e será sobre Evolução e origem das espécies.
A seguir, o atalho para o exercício no Google Formulários: 2ª Exercício - 3ª fase
Lembrando
que nem todos os assuntos deste exercício foram descritos nas atividades
anteriores do nosso Blog. Caso haja dúvida, faça uma busca rápida pela internet.
Vale
a pena dar uma olhada no assunto da aula passada e revisar os assuntos para
responder o exercício.
Qualquer
dúvida podem entrar em contato comigo por whatsapp.
Abraços
Vinícius