ÁREA DE CIÊNCIAS DA NATUREZA / BIOLOGIA

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1 Módulo Colégio Mendel Vilas Origem da Vida e Evolução Origem da vida Introdução Por Mariana Araguaia - Graduada em Biologia Equipe Brasil Escola (adaptado por Soélia Cabral) Até o presente momento, a Teoria do Big Bang é utilizada para explicar o surgimento da Terra. Acreditase que nosso planeta se formou há 4,5 bilhões de anos e, durante cerca de um bilhão de anos, sofreu processos importantes, como seu resfriamento, viabilizando o surgimento da vida. Estudiosos mais antigos acreditavam que os seres vivos surgiam espontaneamente da matéria bruta a hipótese da geração espontânea, também chamada de abiogênese. Entretanto, por meio de diversos experimentos, executados por cientistas, como Redi, Spallanzani e Pasteur, foi possível descartar essa hipótese, adotando a biogênese, que afirma que os micro-organismos surgem a partir de outros préexistentes. Embora tenha respondido uma grande questão, a biogênese não explica como se dá o processo de surgimento de uma espécie a partir de outra ou como surgiu o primeiro ser vivo. Assim, existem algumas explicações para tal, sendo a origem por evolução química a mais aceita pela categoria científica. Essa teoria propõe que a vida surgiu a partir do arranjo entre moléculas mais simples, aliadas a condições ambientais peculiares, formando moléculas cada vez mais complexas, até o surgimento de estruturas dotadas de metabolismo e capazes de se autoduplicar, dando origem aos primeiros seres vivos. Oparin, Haldane e Miller são os precursores dessa hipótese. Atualmente, algumas sugestões são mais aceitas pelos pesquisadores desse tema, como as hipóteses Heterotrófica e Autotrófica que serão discutidas mais adiante. Origem do Universo Como teria surgido o Universo? Muitas respostas têm sido formuladas por cientistas e religiosos para explicar a imensidão constituída por espaço, tempo, matéria e energia. As Ciências Naturais têm algumas ideias baseadas no grande desenvolvimento da Física e da Astronomia no início do século XX. Observações e equações elaboradas por Albert Einstein ( ) em sua teoria da relatividade sugerem que o Universo encontra-se em expansão, assim como mostraram os telescópios usados pelos astrônomos Vesto M. Slipher ( ) e Edwin P. Hubble ( ). Estes pesquisadores observaram que as galáxias continuam se separando, o que reforça a ideia de um Universo em expansão. 1

2 Partindo do princípio de as galáxias estão se afastando, acredita-se, portanto, que no passado estavam próximas, ou que constituíam um único aglomerado extremamente denso. O padre e astrônomo belga Georges Lamaître ( ) e o físico russo, naturalizado estadunidense, George Gamow ( ) postularam que o Universo começou com um grão primordial ultra denso, que, por razões desconhecidas, se expandiu súbita e violentamente, originando, de uma só vez, o espaço, o tempo, a matéria e a energia nele existentes. Calcula-se que esse evento, ocorreu há aproximadamente13,7 bilhões de anos. Cientistas acreditam que os fragmentos dessa explosão se deslocam continuamente e, por isso, o Universo estaria em contínua expansão. À medida que esses fragmentos se tornaram mais frios, os átomos de diversos elementos químicos, especialmente hidrogênio e hélio, teriam sido formados. O Sol teria se formado por volta de 5 a 10 bilhões de anos atrás. O material que o formava teria sofrido compressões devido à força de atração gravitacional, e ele teria entrado em ignição, liberando grande quantidade de calor. Com isso, outros elementos, derivados do hélio e do hidrogênio, teriam se formado. Da fusão de elementos liberados pelo Sol, com grande quantidade de poeira e gases, teria se originado inúmeros planetas, entre eles a Terra. Formação da Terra Terra Primitiva Há evidências de que a Terra surgiu há aproximadamente 4,65 bilhões de anos, a partir da aglomeração de poeira, rochas e gases que giravam ao redor do Sol em formação. A maioria dos cientistas acredita que o processo de aglomeração gerou tanta pressão e calor que o material rochoso se fundiu, originando uma esfera incandescente, a Terra. A partir daí o planeta começou a resfriar lentamente. 2

3 Durante os primeiros 700 milhões de anos de existência, a Terra foi bombardeada por corpos rochosos vindos do espaço. Acredita-se que alguns desses corpos tenham sido cometas ou asteroides que teriam trazido a maior parte da água hoje presente na Terra. Quando a Terra tinha cerca de 1 milhão de anos de idade, sua superfície já havia resfriado o bastante para permitir a existência de uma crosta terrestre sólida. Provavelmente chuvas torrenciais tenham ocorrido para a formação dos oceanos. Origem da Vida na Terra Hipóteses, experimentos e polêmicas. Abiogênese ou Geração Espontânea. Cerca de 2 mil anos atrás, surgiu a ideia de que a vida poderia se originar espontaneamente da matéria inanimada. Aristóteles, filósofo grego ( a.c.) e outros sábios da época acreditavam que larvas poderiam surgir "espontaneamente" do lixo, assim como outros seres poderiam aparecer na terra, da lama e de outros materiais. Aristóteles admitia que, para um ser vivo se originar da matéria bruta, bastava apresentar o que ele chamou de "princípio ativo", que faria uma pedra se transformar num peixe, desde que as condições fossem favoráveis. As ideias de Aristóteles levaram filósofos e cientistas como o francês René Descartes ( ) e o inglês Isaac Newton ( ) a crer na geração espontânea para explicar o surgimento de muitos organismos. Neste contexto, um médico de Bruxelas chamado Jan Baptista Van Helmont ( ) ficou famoso ao propor uma receita para a produção de camundongos. Sugestão de Helmont: Camisa suja, suada, com gérmen de trigo, num canto escuro, gera camundongos após 21 dias. 3

4 Helmont não levou em consideração que o cheiro liberado pela mistura atraía os camundongos. Francesco Redi e a Biogênese A teoria da abiogênese não resistiu à expansão das pesquisas e rigorosos experimentos feitos por vários pesquisadores, entre eles Redi, Spallanzani e Pasteur, que forneceram evidências incontestáveis de que os seres vivos surgiam a partir de uma vida pré-existente. A teoria de que uma vida surge somente a partir de outra da mesma espécie ficou conhecida como teoria da biogênese, iremos verificar como foram feitos os experimentos do médico italiano Francesco Redi ( ), em meados do século XVII. Na época, uma ideia muito difundida era de que os vermes que apareciam nos cadáveres de pessoas e animais originavam-se pela transformação espontânea da carne em putrefação. Redi, diante disso, resolveu provar que esses vermes não apareciam espontaneamente, e que na verdade eles eram larvas de moscas que colocavam seus ovos na carne em putrefação. Segundo Redi narra em seu livro Experimentos sobre a geração de insetos, a ideia de que as lavras surgiam de moscas veio do poema épico Ilíada. No livro, Redi questiona: [...] por que, no canto XIX da Ilíada, Aquiles teme que o corpo de Pátrocles se torne presa das moscas? Por que ele pede a Tétis que proteja o corpo contra os insetos que poderiam dar origem a vermes e assim corromper a carne do morto?. Diante disso, Redi testou sua hipótese a partir do seguinte experimento: Pegou frascos de boca larga, e em cada frasco colocou o cadáver de um animal. Alguns frascos foram tampados com uma gaze muito fina, enquanto os outros frascos ficaram totalmente abertos. Passados alguns dias, Redi verificou que nos frascos destampados, nos quais as moscas entravam e saíam livremente, o cadáver estava repleto de vermes, e nos frascos tampados ele observou que não havia surgido nenhum verme. Dessa forma, Redi conseguiu provar que, no caso de organismos facilmente visíveis, a teoria da geração espontânea não se aplicava, e que cada ser vivo conhecido provinha de um ser vivo pré-existente, confirmando então a teoria da biogênese. Esse experimento confirmou a hipótese de Redi e comprovou que não havia geração espontânea de vermes em decomposição. Os experimentos de Redi conseguiram reforçar a hipótese da Biogênese até a descoberta dos seres microscópicos, quando uma parte dos cientistas passou novamente a considerar a hipótese da Abiogênese para explicar a origem desses seres. 4

5 A descoberta dos micro-organismos em meados do século XVII por Antoine Van Leeuwenhoek ( ) reacende a ideia da geração espontânea, pois era difícil imaginar que seres aparentemente tão simples e variados, presentes em quase todos os lugares, pudessem surgir por meio da reprodução. Alguns cientistas defendiam a ideia de que os micro-organismos surgiam espontaneamente em todos os lugares, independentemente da presença de outro ser vivo. Já outro grupo de pesquisadores não aceitava essa explicação. Para eles os micro-organismos somente surgiam a partir de sementes presentes no ar, na água ou no solo. Essas sementes, ao encontrarem locais adequados, proliferavam, interpretação coerente com a hipótese da Biogênese. Experimentos de John Needhan e Lazzaro Spallanzani John Needhan Lazzaro Spallanzani Em 1745, o cientista inglês John T. Needham ( ) realizou vários experimentos em que submetia à fervura frascos contendo substâncias nutritivas. Após a fervura, fechava os frascos com rolhas e deixava-os em repouso por alguns dias. Depois ao examinar essas soluções ao microscópio, Needham observava a presença de micro-organismos. A explicação que ele deu a seus resultados foi de que os micro-organismos teriam surgido por geração espontânea. Ele dizia que a solução nutritiva continha uma força vital responsável pelo surgimento das forças vivas. Posteriormente, em 1770, o pesquisador italiano Lazzaro Spallanzani ( ) repetiu os experimentos de Needham, com algumas modificações, e obteve resultados diferentes. Spallanzani colocou substâncias nutritivas em balões de vidro, fechando-os hermeticamente. Esses balões assim preparados eram colocados em caldeirões com água e submetidos à fervura durante algum tempo. Deixava resfriar por alguns dias e então ele abria os frascos e observava o líquido ao microscópio. Nenhum organismo estava presente. 5

6 Spallanzani explicou que Needham não havia fervido sua solução nutritiva por tempo suficientemente longo para matar todos os micro-organismos existentes nela e, assim, esterelizá-la. Needham respondeu a essas críticas dizendo que, ao ferver por muito tempo as substâncias nutritivas em recipientes hermeticamente fechados, Spallanzani havia destruído a força vital e tornado o ar desfavorável ao aparecimento da vida. Nessa polêmica, Needham saiu fortalecido. Louis Pasteur Louis Pasteur ( ) foi um cientista francês que conseguiu provar, definitivamente, que os seres vivos se originam somente a partir de outros seres vivos. Seus experimentos foram incentivados pela Academia Francesa de Ciências na década de 1860, que oferecia um prêmio a quem realizasse um experimento definitivo sobre a real origem dos micro-organismos. Os experimentos de Pasteur foram realizados com quatro frascos de vidro, cujos gargalos foram esticados e curvados no fogo após todos terem sido enchidos com caldos nutritivos. Logo em seguida, Pasteur ferveu o caldo de cada um dos quatro frascos, até que saísse vapor dos gargalos longos e curvos e deixouos esfriar. Depois de um tempo, Pasteur observou que, embora todos os frascos estivessem em contato direto com o ar, nenhum deles apresentou micro-organismos. Pasteur então quebrou os gargalos de alguns frascos e observou que, em poucos dias, seus caldos já estavam repletos de micro-organismos. 6

7 A ausência de micro-organismos nos caldos que estavam nos frascos cujos gargalos eram curvos e longos com a presença desses seres nos frascos cujos gargalos foram quebrados mostraram que o ar contém micro-organismos e que eles, ao entrarem em contato com o caldo nutritivo, desenvolvem-se. Nos frascos que apresentavam gargalo curvo e longo, os micro-organismos não conseguiram chegar até o líquido porque ficaram retidos no filtro formado pelas gotículas de água que apareceram no pescoço do frasco durante o resfriamento. Nos frascos que tiveram seu pescoço quebrado, o filtro formado pelo vapor deixou de existir, deixando o líquido vulnerável aos micro-organismos, que, uma vez em contato com o líquido, encontraram condições adequadas para o seu desenvolvimento. A partir desse experimento, Pasteur mostrou que um líquido, ao ser fervido, não perde a força vital, como defendiam os adeptos da abiogênese, pois quando o pescoço do frasco é quebrado, após a fervura desse líquido, ainda aparecem seres vivos. Dessa forma, Pasteur sepultou de vez a teoria da abiogênese ou geração espontânea, que admitia que os seres vivos originavam-se a partir de matéria bruta. Experimento de Pasteur Louis Pasteur também nos deixou outras contribuições importantes para a microbiologia e também para a medicina. Através de mudanças em práticas hospitalares introduzidas por Pasteur, houve uma diminuição na disseminação de doenças hospitalares causadas por micro-organismos. Pasteur também foi o responsável por descobrir que a raiva era transmitida por um agente que não poderia ser visto ao microscópio, assim desenvolveu técnicas para vacinar animais contra a raiva e tratar pessoas mordidas por animais infectados. Outro processo que é muito utilizado nos dias atuais é a pasteurização. Desenvolvida por Pasteur para exterminar micro-organismos encontrados em vinhos, a pasteurização consiste no aquecimento seguido por resfriamento brusco. Essa técnica permite a retirada de micro-organismos dos mais variados alimentos sem deteriorá-los. Em muitos países, inclusive no Brasil, é obrigatória a pasteurização do leite e de seus derivados antes de serem comercializados. Nesse processo, o leite é mantido a 62 C por cerca de meia hora, eliminando vários micro-organismos prejudiciais aos seres humanos, além de prolongar a vida útil do alimento. 7

8 Louis Pasteur eliminou uma dúvida, os micro-organismos que apareciam nos caldos nutritivos eram provenientes do ar, mas o questionamento de como surgiu o primeiro ser vivo na Terra continua até os dias atuais. Estudaremos algumas hipóteses consideradas as mais aceitas pelos cientistas. A Panspermia Cósmica e a Evolução Química dos Sistemas Panspermia Cósmica Segundo a Panspermia (pan= todo; sperma= semente), a vida na Terra originou-se a partir de substâncias precursoras da vida, ou mesmo de seres vivos, provenientes de outros locais do cosmo. Essas ideias surgiram entre o fim do século XIX e o início do século XX, tendo entre os seus primeiros defensores o físico irlandês William Thomson ( ), mais conhecido como Lord Kelvin, o o químico sueco Svante August Arrhenius ( ). Atualmente, a teoria da panspemia voltou a ganhar força com a descoberta de moléculas orgânicas em cometas e outros corpos celestes; isso sugere que o espaço interestelar não é um ambiente tão hostil à vida como se pensava. Estudos têm mostrado que substâncias orgânicas são relativamente comuns no espaço sideral. Os astrônomos já encontraram evidências de substâncias orgânicas em diferentes lugares, como nuvens de gases interestelares, grãos de poeira cósmica e asteroides. Foram detectadas substâncias orgânicas nos famosos cometas Halley e Hale-Bopp, na nebulosa de Orion e em meteoros caídos na Terra. O interior dos corpos celestes poderia ter protegido os compostos orgânicos do intenso calor produzido pela fricção com a atmosfera. Alguns pesquisadores sugerem que os compostos orgânicos trazidos na superfície de corpos celestes estariam expostos a intensa radiação e a grandes choques térmicos impossibilitando a integridade de suas moléculas. O problema é que, mesmo que alguns dessem compostos tivessem resistido, é duvidoso que esses corpos celestes tenham trazido matéria orgânica suficiente para a evolução da vida até o aparecimento dos primeiros autotróficos. Então, como surgiu a vida no planeta? Ainda não há uma teoria que possa ser considerada a melhor para explicar a origem da vida, mas os cientistas continuam a pesquisar e a buscar evidências a favor ou contra cada uma delas em vários campos: analisando a composição química de rochas do passado; comparando o grau de parentesco dos seres vivos atuais; tentando reproduzir em laboratório situações ou reações químicas que se assemelhem ao que poderia ter ocorrido. 8

9 Evolução Química dos Sistemas Uma hipótese muito aceita atualmente Até a década de 50, as preocupações quanto à origem da vida eram consideradas assunto especulativo, incapaz de levar a conclusões mais decisivas. Era comum que posições religiosas e dogmáticas impedissem uma abordagem científica do tema. Hoje, não só muitas perguntas relativas à origem dos seres vivos foram respondidas como incontáveis experimentos de laboratório reproduziram condições supostamente vigentes na época. Obteve-se assim um conjunto de informações que permitiu formular teorias coerentes e plausíveis. Os "tijolos" básicos A Terra formou-se há cerca de quatro a cinco bilhões de anos. Há fósseis de criaturas microscópicas de um tipo de bactéria que prova que a vida surgiu há cerca de três bilhões de anos. Em algum momento, entre estas duas datas - a evidência molecular indica que foi há cerca de quatro bilhões de anos - deve ter ocorrido o incrível acontecimento da origem da vida. Entretanto, antes de surgir qualquer forma de vida sobre a Terra não havia o oxigênio atmosférico (que é liberado pelas plantas), mas sim vapor d'água. É provável que no princípio a atmosfera da Terra contivesse apenas vapor d'água (H 2 O), metano (CH 4 ), amônia (NH 3 ), hidrogênio (H 2 ) e outros gases, hoje abundantes em outros planetas do sistema solar. Nesse ambiente, surgiram espontaneamente os "tijolos" químicos que formam as grandes moléculas da vida. Esses "tijolos" são: os aminoácidos, que formam as proteínas; os ácidos graxos, que compõem as gorduras; e os açúcares, que constituem os carboidratos. Carboidratos e gorduras são compostos de carbono, hidrogênio e oxigênio. Das proteínas faz parte também o nitrogênio. Quando a vida se formou, há 3,5 bilhões de anos, o ácido desoxirribonucleico, o DNA (acima, um modelo molecular), funcionou como elemento seletivo na manutenção da individualidade dos seres vivos. 9

10 Algumas provas da existência, na atmosfera primitiva, de água, hidrogênio, metano e amoníaco são fornecidas pela análise espectroscópica das estrelas; outras, pela observação de meteoritos provenientes do espaço interestelar. A análise das estrelas revela também a existência, em vários pontos do Universo, de pequenas moléculas orgânicas que estariam numa etapa primitiva de formação da vida. Os químicos reconstruíram em laboratórios, a nível experimental, estas condições primitivas, misturando os gases adequados e água num recipiente de vidro e adicionando energia, através de uma descarga elétrica. Desta forma, sintetizaram substâncias orgânicas de forma espontânea. É claro que o fato de as moléculas orgânicas aparecerem nesse caldo primitivo não seria suficiente. O passo mais importante foi o aparecimento de moléculas que se autoduplicavam, produzindo cópias de si mesmas. Outro passo importante foi o aparecimento de estruturas anteriores às membranas, que proporcionaram espaços circunscritos onde aconteciam as reações químicas. Pode ter sido pouco depois deste estágio que criaturas simples, como as bactérias, deram lugar aos primeiros fósseis, há mais de três bilhões de anos. Em 1920, os cientistas Oparin e Haldane, desenvolvendo paralelamente trabalhos correlacionados, propuseram a hipótese sobre o surgimento da vida na Terra. Apesar das diferenças, em síntese, concordavam que esse fenômeno teria iniciado a partir de moléculas orgânicas presentes na atmosfera primitiva, posteriormente percoladas ao oceano, combinando-se a substâncias inorgânicas. Segundo eles, ocorriam na Terra primitiva, intensos processos vulcânicos, emitindo grande quantidade de gases (moléculas): metano CH 4, amônia NH 3, gás hidrogênio H 2 e água H 2 O. Suspensos na atmosfera, por ação da força gravitacional, aumentavam proporcionalmente a concentração, conforme as frequentes erupções que ocorriam. Acredita-se que o ambiente era bastante redutor, consequente da inexistência ou baixa concentração do gás oxigênio (O 2 ). Na época, após as constantes oscilações térmicas, passou a Terra por estágio de resfriamento ocasionando as precipitações (chuvas), acumulando água nas depressões da crosta terrestre, surgindo os quentes e rasos mares primitivos. A atmosfera do planeta, desprovida de camada de ozônio (O 3 ), era constantemente bombardeada com radiação ultravioleta (UV) e descargas elétricas. Essas condições intempestivas propiciaram agitação e energia suficiente para as moléculas suspensas, iniciarem arranjos mais complexos. Pela ação da chuva, as moléculas orgânicas eram então arrastadas para os mares, que pela ação do tempo, transformou-se em uma imensa sopa nutritiva, rica em compostos orgânicos, eventualmente formando os coacervados (junção de moléculas circundadas por água). Os coacervados, sistemas semi-isolados, além das reações químicas em seus interiores, intercambiavam substâncias com o meio. A hipótese de Oparin e Haldane equipou o surgimento de sistemas semelhantes aos coacervados, evolutivamente mais elaborados, provavelmente constituídos por lipídios, proteínas e ácido nucléico. 10

11 Numa experiência pioneira, no início dos anos 50, o cientista americano Stanley Miller recriou a provável atmosfera primitiva. Misturou num recipiente hermeticamente fechado hidrogênio (H 2 ), vapor d'água (H 2 O), amônia (NH 3 ) e metano (CH 4 ). Fez passar através dessa mistura fortes descargas elétricas para simular os raios das tempestades ocorridas continuamente na época e obteve então aminoácidos - "tijolos" básicos das proteínas. Outras experiências testaram os efeitos do calor, dos raios ultravioletas e das radiações ionizantes sobre misturas semelhantes à de Miller - todas simulando a atmosfera primitiva. O canibalismo inicial No início, grande número de lagoas e oceanos foi se convertendo numa "sopa" de "tijolos da vida". Como não existiam ainda os seres vivos para comê-los, nem oxigênio livre para decompô-los, sua concentração só aumentava. A energia necessária à combinação entre essas pequenas moléculas (que leva à síntese de grandes moléculas como proteínas, gorduras e carboidratos) era proveniente, sobretudo do calor do Sol, mas também da eletricidade. O problema da síntese das grandes moléculas subdivide-se em dois, interdependentes: o primeiro trata apenas do aparecimento das moléculas que se conhecem atualmente; o segundo refere-se ao modo pelo qual se deu a passagem do estado de uma simples "sopa" de moléculas orgânicas para o aparecimento de formas celulares organizadas. O problema de como se formaram os tijolos da vida não se resolve pelo simples aparecimento de hidrogênio e de compostos de carbono e nitrogênio. Era preciso que eles se tivessem combinado de uma certa maneira. Para o primeiro problema, a resposta é aparentemente paradoxal. Imaginemos uma pequena proteína formada por cinquenta aminoácidos, de vinte variedades. Desmontando-se essa proteína e reagrupandose seus aminoácidos, de todas as formas possíveis, isso resulta num número altíssimo: a unidade 11

12 seguida de 48 zeros. Portanto, se nos mares primitivos eram possíveis todas as combinações (e eram, sem dúvida), por que razão vingaram as que produziram a vida? O paradoxo está em que vingaram exatamente porque produziram vida. De acordo com a Hipótese Heterotrófica os primeiros seres vivos foram heterótrofos e se alimentavam dos nutrientes orgânicos existentes nos mares primitivos. Apareceram macromoléculas de diversos tipos, mas as que conseguiram organizar-se em pequenas unidades autoreprodutoras (como o DNA) usaram as outras como alimento. Isso permite saber que tipo de seres povoou primeiramente o Universo. Foram os heterótrofos, seres vivos, como animais e fungos, que comem outros seres vivos. Só depois surgiram os seres autótrofos, aqueles que, como as plantas, sintetizam seu próprio alimento. Os primeiros seres vivos, unicelulares e muito simples, começaram a obter sua energia da ruptura das moléculas da "sopa" à sua volta; esgotada esta, passaram a tirar energia de outros seres vivos. Mas nesse ponto já deviam encontrar-se num estágio de complexidade que permitia o aproveitamento das reações fotoquímicas: se não tivessem existido, nesta fase, seres capazes de explorar a luz solar, o período inicial de canibalismo teria acabado com a vida incipiente. Assim, a resposta para o primeiro problema - por que vingaram apenas certos tipos de macromoléculas - depende da resolução do segundo: como apareceram indivíduos que eliminaram aqueles incapazes de formar seus próprios sistemas de auto-reprodução. Gotículas de coacervado obtidas artificialmente e fotografadas ao microscópio sugerem como devem ter se organizado as substâncias orgânicas nos mares primitivos para o aparecimento das primeiras formas de vida. A individualização Primeiro, é preciso entender como surgiram às primeiras macromoléculas não dissolvidas no ambiente, mas agrupadas numa unidade constante e auto-reprodutora. O cientista soviético Alexander Oparin foi o primeiro a dar uma resposta aceitável: com raríssimas exceções às moléculas da vida são insolúveis na água e, nela colocadas, ou se depositam ou formam uma suspensão coloidal, o que é um fenômeno de natureza elétrica. Há dois tipos de coloides: os que não têm afinidade elétrica com a água e os que 12

13 têm afinidade. Devido a essa afinidade, os coloides hidrófilos permitem que se forme à volta de suas moléculas uma película de água difícil de romper. Existe ainda um tipo especial de coloide orgânico. São os coacervados: possuem grande número de moléculas, rigidamente localizadas e isoladas do meio ambiente por uma película superficial de água. Desse modo, os coacervados adquirem sua "individualidade". Tudo era favorável para que na "sopa" oceânica primitiva existisse muitos coacervados. Sobre eles atuou a seleção natural: somente as gotas capazes de englobar outras, ou de devorá-las, puderam sobreviver. Imagine um desses coacervados absorvendo substâncias do meio exterior ou aglutinando outras gotas. Ele aumenta e ao mesmo tempo em que engloba substâncias elimina outras. Esse modelo de coacervado, que cresce por aposição, não bastaria, porém, para que a vida surgisse. Era preciso que entre os coacervados aparecesse algum capaz de se auto-reproduzir, preservando todos os seus componentes. A esta etapa do processo evolutivo, a competição deve ter sido decisiva. As gotas que conseguiram autoreproduzir-se ganharam a partida. Elas tinham uma memória que lhes permitia manter sua individualidade. Era o material genético. As que não eram governadas por este material caoticamente. O replicador primordial: 7 Atualmente, os ácidos nucleicos são responsáveis pelo transporte de informação genética dos organismos vivos. Praticamente, todos os seres eucarióticos apresentam moléculas de DNA no núcleo de suas células e este coordena a síntese de proteínas e enzimas, codificando a sequência de aminoácidos específica para cada macromolécula. Algumas enzimas catalisam a replicação do DNA, gerando uma dependência entre essas duas classes. Assim, acredita-se que nenhuma dessas duas classes de macromoléculas se formou primeiro. Acredita-se que o que se formou primeiro com a função de ser o replicador primordial seja o RNA ou um precursor semelhante a esta molécula. A descoberta de que moléculas de RNA podem atuar como catalisadoras em sua própria formação, além de ser carregadoras de informação, sugere que o RNA ou uma molécula similar pode ter sido o primeiro gene e o primeiro catalisador. Isto é a base de uma teoria que poderia ser chamada de mundo RNA, proposta inicialmente nos anos 60 por Carl Woese, Francis Crick e Leslie Orgel, que deve ter sido importante na transição da química prebiótica à vida. De acordo com este cenário, um dos primeiros estágios da evolução biológica foi a formação de uma molécula de RNA na sopa química que poderia catalisar a formação de outras moléculas de RNA de mesma sequência, um RNA autorreplicante, fazendo com que a concentração dessas moléculas aumentasse exponencialmente, já que uma molécula formaria duas, estas formariam quatro outras e assim por diante. Como a autorreplicação não seria sempre perfeita, gerava-se variantes de RNA, algumas das quais se autorreplicariam melhor, dando origem a uma competição por nucleotídeos entre os replicadores e, assim, a uma seleção dos replicadores mais eficientes. A divisão de função entre DNA (armazenamento de informação genética) e proteína (catálise) foi, conforme a hipótese do mundo RNA, um desenvolvimento tardio. Hoje em dia, é sabido que a molécula de RNA desempenha um papel importante na síntese de proteínas, catalisando a formação da ligação peptídica. Isto indica que o mundo RNA deve ter sido transformado pelo grande potencial catalítico das proteínas, caracterizando a síntese destes biopolímeros como o principal evento que 13

14 ocorreu no mundo RNA e que, ao mesmo tempo, contribuiu para seu fim, pois a função de carregador de informação pôde ter sido passada para a molécula de DNA, já que esta molécula é mais estável, pela ação de enzimas semelhantes à RNA replicase e transcriptase reversa que se conhece nos dias de hoje. *7 Nelson, D., Cox, M, Lehninger Principles of Biochemistry, 4th Ed., Freeman, p ; ,2005. Hipótese Heterotrófica X Hipótese Autotrófica Como vimos anteriormente, a hipótese heterotrófica sugere que os primeiros seres vivos tenham sido heterotróficos e que a fonte de alimento seria a matéria orgânica acumulada nos mares e lagos primitivos. O principal argumento em favor dessa ideia é que os primeiros seres vivos, por serem muito simples, ainda não teriam desenvolvido a capacidade de produzir substâncias alimentares, pois para que moléculas orgânicas fossem sintetizadas pelas primeiras formas de vida, estas deveriam ter o metabolismo muito complexo. Esses seres primitivos heterotróficos deveriam extrair energia das moléculas nutritivas por meio de processos bioquímicos relativamente simples como a fermentação, por exemplo, realizada atualmente por certas bactérias e fungos. Na fermentação, moléculas orgânicas são quebradas e originam compostos orgânicos mais simples, liberando energia, utilizada para suprir os gastos do metabolismo. Umm dos tipos de fermentaçãobem conhecido é a fermentação alcoólica da glicose, em que esse açúcar é transformado em álcool etílico (etanol) e gás carbônico, segundo a equação: Os defensores da hipótese heterotrófica admitem que, com o passar do tempo, a fonte de alimento diminuiria, principalmente devido ao aumento de consumo pela população crescente de seres heterotróficos. Acredita-se que alguns destes seres podem ter evoluído a ponto de absorver energia luninosa do Sol, aproveitando-a para a síntese do próprio alimento. Estes novos seres, teriam originado os seres vivos fotossintetizantes. Hipótese Autotrófica Muitos cientistas atualmente defendem a ideia de que os primeiros seres vivos tenham sido autotóficos. Esse pesquisadores acreditam que na Terra primitiva não havia material orgânico suficiente para alimentar os heterótrofos até o surgimento da fotossíntese. Alguns cientistas têm argumentado que os seres vivos não devem ter surgido em mares rasos e quentes, como proposto por Oparin e Haldane, pois a superfície terrestre, na época em que a vida surgiu, era um ambiente muito instável. Meteoritos e cometas atingiam essa superfície com muita frequência, e a vida primitiva não poderia se manter em tais condições. 14

15 Logo no início da formação da Terra, meteoritos colidiram fortemente com a superfície terrestre, e a energia dessas colisões era gasta no derretimento ou até mesmo na vaporização da superfície rochosa. Os meteoritos fragmentavam-se e derretiam, contribuindo com sua substância para a Terra em crescimento. Um impacto especialmente violento pode ter gerado a Lua, que guarda até hoje em sua superfície as marcas desse bombardeio por meteoritos. Na superfície da Terra a maioria dessas marcas foi apagada ao longo do tempo pela erosão. A maioria dos meteoritos se queima até desaparecer quando entra na atmosfera terrestre atual e brilha no céu como estrelas cadentes. Nos primórdios, os meteoritos eram maiores, mais numerosos e atingiam a Terra com mais freqüência. Alguns cientistas especulam que os primeiros seres vivos não poderiam ter sobrevivido a esse bombardeio cósmico, e propõem que a vida tenha surgido em locais mais protegidos, como o assoalho dos mares primitivos. Em 1977, foram descobertas nas profundezas oceânicas as chamadas fontes termais submarinas, locais de onde emanam gases quentes e sulfurosos que saem de aberturas no assoalho marinho. Nesses locais a vida é abundante. Muitas bactérias que aí vivem são autótrofas, mas realizam um processo muito distinto da fotossíntese. Onde essas bactérias vivem não há luz, e elas são a base de uma cadeia alimentar peculiar. Elas servem de alimento para os animais ou então são mantidas dentro dos tecidos deles. Nesse caso, tanto os animais como as bactérias se beneficiam: elas têm proteção dentro do corpo dos animais, e estes recebem alimentos produzidos pelas bactérias. A descoberta das fontes termais levantou a possibilidade de que a vida teria surgido nesse tipo de ambiente protegido e de que a energia para o metabolismo dos primeiros seres vivos viria de uma mecanismo autotrófico denominado quimiossíntese. Alguns cientistas acreditam que os primeiros seres vivos foram bactérias, que obtinham energia para o metabolismo a partir da reação entre substâncias inorgânicas, como fazem as bactérias encontradas atualmente nas fontes termais submarinas e em outros ambientes muito quentes (com cerca de 60 a 105ºC) e sulfurosos. Segundo essa hipótese, parece que toda a vida que conhecemos descende desse tipo de bactéria, que devia ser autotrófica. Os que argumentam a favor dessa hipótese baseiam-se em evidências que sugerem abundância de sulfeto de hidrogênio (gás sulfídrico, H 2 S, que tem cheiro de ovo podre) e compostos de ferro na Terra primitiva. As primeiras bactérias devem ter obtido energia de reações que tenham envolvido esses compostos para a síntese de seus componentes orgânicos. Algumas bactérias que vivem atualmente em fontes quentes e sulfurosas podem realizar a reação química a seguir, que, segundo a hipótese autotrófica, pode ter sido a reação fundamental fornecedora de energia para os primeiros seres vivos: 15

16 Sulfeto ferroso + gás sulfídrico ---> sulfeto férrico + gás hidrogênio + energia (pirita, um mineral comum) A energia liberada por essas reação pode ser usada pelas bactérias para a produção de compostos orgânicos essenciais para a vida, a partir de CO 2 e H 2 O. Assim, segundo essa hipótese, a quimiossíntese - um processo autotrófico teria surgido primeiro. Depois teriam surgido a fermentação, a fotossíntese e finalmente a respiração. A origem da Fotossíntese Por Fabiana Santos Gonçalves A fotossíntese é o processo pelo qual um organismo fabrica o próprio alimento, utilizando água, gás carbônico e luz como reagentes, e obtendo açúcar, oxigênio e energia como produtos da reação. Equação da fotossíntese: 12 H 2 O + 6 CO 2 + LUZ = C 6 H 12 O O H 2 O O aparecimento da fotossíntese na formação da vida foi um acontecimento extremamente importante. A fotossíntese realizada no início da evolução poderia ser diferente da realizada atualmente, pois no lugar da água os organismos utilizavam o sulfeto de hidrogênio. Essa hipótese foi cogitada por causa da existência de algumas bactérias que realizam esse processo. Essas bactérias são chamadas de sulfobactérias. 12 H 2 S + 6 CO 2 + LUZ = C 6 H 12 O S H 2 O Note que a equação é muito semelhante à da fotossíntese, com a formação da mesma quantidade de água e mesmo açúcar. No lugar da formação do gás oxigênio (O 2 ) há formação de enxofre (S 2 ), composto muito abundante na atmosfera primitiva. A partir desse processo começaram surgir organismos que utilizavam água na fotossíntese, no lugar do gás sulfídrico (H 2 S). Com essa substituição, o gás oxigênio começou a ser formado e fazer parte da constituição gasosa da atmosfera. Esse tipo de fotossíntese era muito viável graças à grande quantidade de água disponível na Terra. Como os reagentes desse processo eram bem abundantes, essas bactérias se multiplicaram muito rapidamente. E com isso o oxigênio passou a ter uma composição muito significativa na atmosfera. O oxigênio possui um poder oxidativo muito grande, e o aumento de sua quantidade na atmosfera causou um grande impacto ambiental, oxidando compostos, originando minérios, degradando várias substâncias e causando a morte de muitos seres vivos na época. A origem da respiração aeróbica O aparecimento do gás oxigênio (O 2 ) causou grandes alterações na vida na Terra. Vários organismos anaeróbios obrigatórios morreram. Também morreram organismos que não possuíam processos celulares que protegiam a célula dos efeitos oxidativos e nocivos do gás oxigênio. Com isso, os seres vivos precisaram evoluir, desenvolvendo mecanismos de proteção das células contra esses processos oxidantes, além de também utilizá-los a seu favor: quebrar as moléculas orgânicas 16

17 adquiridas na fotossíntese, utilizando o poder oxidante do oxigênio. Esse processo era utilizado pelos ancestrais das cianobactérias. Quando o agente oxidante utilizado é o oxigênio, uma grande quantidade de energia é formada, bem maior que a obtida a partir da fermentação. O processo que utiliza o gás oxigênio na quebra de moléculas para a obtenção de energia é chamado de respiração aeróbia (ou respiração aeróbica) e obedece à seguinte equação: C 6 H 12 O O H 2 O = 12 H 2 O + 6 CO 2 + ENERGIA A energia é produzida através da quebra da molécula de glicose pelo O2, obtendo-se gás carbônico e água comoprodutos. A equação da respiração é exatamente o oposto da equação da fotossíntese: 12 H 2 O + 6 CO 2 + ENERGIA (LUZ) = C 6 H 12 O O H 2 O Isso fez com que se estabelecesse um equilíbrio entre fotossíntese e respiração na Terra primitiva, pois os produtos da fotossíntese são utilizados como reagentes na respiração, e os produtos da respiração são utilizados como produtos na fotossíntese. Uma das consequências do aumento do oxigênio na atmosfera foi a formação da camada, de gás ozônio (O 3 ) na estratosfera. O ozônio bloqueia a maior parte da radiação ultravioleta proveniente do Sol que teria efeito letal sobre os seres vivos. O Holocausto do Oxigênio Segundo a bióloga Lynn Margulis (n.1938), o gás oxigênio, precioso nos dias atuais, foi um terrível poluente atmosférico para a maioria dos seres vivos que habitavam o planeta há aproximadamente 2 bilhões de anos. Os seres que ainda não haviam desenvolvido processos para se proteger dos efeitos nocivos do gás oxigênio extinguiram-se. Hoje todos os seres vivos (exceto bactérias anaeróbicas obrigatórias) têm eficientes mecanismos químicos de proteção contra os efeitos oxidantes do gás oxigênio. Criacionismo: origem da vida por criação especial Anterior às tentativas científicas relacionadas à origem da vida, já era difundida a ideia de criação especial, segundo a qual a vida é fruto da ação consciente de um Criador. Essa corrente de pensamento, que passou a ser denominada criacionista, baseia-se na fé e nos textos bíblicos principalmente no livro de Gênesis que relatam a ideia sobre a origem da vida do ponto de vista religioso. Este afresco, pintado por Michelangelo no teto da Capela Sistina, na cidade do Vaticano, entre 1508 e 1512, representa o momento em que Deus (à direita) dá alma ao recém-criado Adão (à esquerda) por meio do toque de seus dedos. Acredita-se que, nessa representação, Deus envolve Eva com seu braço 17

18 esquerdo e sua mão toca o menino Jesus. O artista Michelangelo Buonarroti ( ) foi um dos grandes escultores do renascimento, além de arquiteto, pintor e poeta. Ao longo da história, muitas controvérsias chegaram a extremos por causa de uma interpretação errônea que não levava em contra o contexto e o caráter muitas vezes poético e simbólico dos textos da bíblia, que não tem nenhum objetivo científico. Assim, principalmente na Idade Média, uma interpretação literal e, portanto, limitada dos textos bíblicos era imposta como dogma e criava uma barreira em relação a ciência que estava e está em constante progresso. O criacionismo, que se opõe à teoria da evolução segundo a qual a vida teria surgido da matéria bruta, tem hoje defensores, que se esforçam em demonstrar que os textos bíblicos, tomados em seu contexto próprio, em nada contradizem as mais novas descobertas científicas. Mais recentemente surgiu uma nova concepção, mais próxima do criacionismo e que recebeu o nome design inteligente. Para os defensores dessa tese, uma mão divina moldou o curso da evolução. Isso porque, dizem, alguns sistemas biológicos são tão complexos e as diferenças entre as espécies são enormes demais para serem explicadas apenas pelo mecanismo da evolução. Resumo Quem foi... Abiogênese: teoria de origem da vida baseada na geração espontânea, sendo que um ser não vivo trasnformaria-se em um ser vivo através de um princípio ativo. Foi defendida por grandes cientistas como Aristóteles, Van Helmont, Newton, Harwey, Descartes e John Needham. Autótrofo: ser capaz de sintetizar seu próprio alimento, através da fotossíntese. Biogênese: teoria de baseada na origem de um ser vivo apenas oriundo de outro ser vivo. Defendida por Francisco Redi, Lázaro Spallanzani e Louis Pasteur. Coacervado: é um aglomerado de moléculas proteicas circundadas por uma camada de água; foram, possivelmente, as formas mais próximas dos primeiros seres vivos. Cosmozoários: são os primeiros seres do planeta, vindos de outros planetas do Sistema Solar. Criacionismo: teoria religiosa sobre a origem da vida, baseada na criação divina dos seres, Adão e Eva. Fermentador: ser que realiza fermentação para obtenção de energia. Heterótrofo: ser incapaz de sintetizar seu próprio alimento. Panspermia cósmica: teoria de Arrhenius sobre a origem da vida, baseada no surgimento da vida em outro planeta, sendo que os cosmozoários teriam alcançado a Terra através de meteoritos. Francisco Redi? Cientista que demonstrou que os vermes da carne em putrefação eram originados de ovos deixados por moscas e não da transformação da carne. Lázaro Spallanzani? Cientista que demonstrou que o aquecimento de frascos até a fervura (esterilização), se mantidos hermeticamente fechados, evitava o aparecimento de micróbios. Louis Pasteur? Cientista que demonstrou que germes microscópicos estão no ar e com experiências com frascos tipo "pescoço de cisne demonstrou que uma solução nutritiva, previamente esterilizada, mantém estéril indefinidamente, mesmo na presença do ar (pasteurização). Alexander Oparin? Cientista que desenvolveu a teoria de que a vida teria surgido de forma lenta e ocasional nos oceanos primitivos. Os gases existentes na atmosfera primitiva eram provenientes da ação vulcânica e entre eles não havia 18

19 oxigênio. Stanley Miller? Cientista que comprovou a teoria de Oparin em laboratório, demonstrando a possibilidade da formação de moléculas orgânicas na atmosfera primitiva e sem a participação direta de um ser vivo. Origem das células eucarióticas As primeiras formas de vida foram os seres unicelulares procariontes. O registo fóssil indica-nos que as primeiras formas de vida terão surgido há cerca de Ma. No entanto, as primeiras células nucleadas só terão aparecido há M.a., ou seja, M.a. depois dos primeiros procariontes. O que terá acontecido durante todo este tempo? Será que foi mesmo necessário para que se desenvolvesse o núcleo? Os organismos procariontes são muito simples, e por isso era impossível realizar ao mesmo tempo a fotossíntese e a respiração. Assim, alguns grupos de procariontes terão aumentado a sua complexidade, estando na origem dos eucariontes. Foi preciso aparecer o oxigênio para se desencadear o aumento de complexidade que terá dado origem aos eucariontes. Daí os M.a. que separam os primeiros procariontes dos primeiros eucariontes. Fundamentalmente, há duas hipóteses que tentam explicar a origem dos seres eucariontes: a hipótese autogênica e a hipótese endossimbiótica. 1) Hipótese Autogênica De acordo com a hipótese autogénica, os seres eucariontes são o resultado de uma evolução gradual dos seres procariontes. Numa fase inicial, as células desenvolveram sistemas endomembranares através de invaginações progressivas da membrana plasmática. O núcleo ter-se-á formado por porções da membrana que envolveram o material nuclear. Outras membranas evoluíram no sentido de produzir organelos semelhantes ao retículo endoplasmático. Posteriormente, algumas porções de material genético abandonaram o núcleo e terão incorporado pequenas estruturas membranares, onde evoluíram sozinhas, originando deste modo as mitocôndrias e os cloroplastos. Argumentos a favor: - As membranas celulares apresentam continuidade física entre todas; além disso, - todas as membranas apresentam a mesma estrutura e composição bioquímica. 19

20 Contudo: - O material genético das mitocôndrias e dos cloroplastos apresenta uma maior semelhança com o das bactérias autónomas do que com o material genético presente no núcleo. Se o material genético e as membranas tivessem todos uma origem comum, como defende o modelo autogênico, todo o material genético deveria ser semelhante, o que efetivamente não acontece. 2) Hipótese Endossimbiótica Lynn Margulis Esta hipótese, inicialmente proposta por Lynn Margulis, defende que os seres eucariontes terão resultado da evolução conjunta de vários organismos procariontes, os quais foram estabelecendo associações simbióticas entre si. A investigadora propôs que as mitocôndrias e cloroplastos seriam inicialmente organismos procariontes autónomos. Contudo, há cerca de 2100 M.a. ter-se-ão estabelecido relações endossimbióticas entre os procariontes heterotróficos ancestrais e as células de maiores dimensões. Os procariontes heterotróficos ancestrais terão dado origem às mitocôndrias. A íntima cooperação entre estas células teria levado a uma evolução conjunta dos organismos que resultou no surgimento das células eucarióticas heterotróficas. Esta cooperação torna-se vantajosa para a célula hospedeira, pois a utilização do oxigênio por parte da simbionte permite afastar o oxigênio do núcleo, impedindo assim a destruição do material genético por reação com o oxigênio. Por outro lado, o procarionte passa a ter à disposição mais oxigênio para a produção de energia. É de salientar o caráter sequencial com que as associações foram tendo lugar. De fato, nem todas as células apresentam cloroplastos. Mas todas têm mitocôndrias. Esta situação explica-se pela sequencialidade com que as associações foram ocorrendo. Inicialmente a associação terá ocorrido com os ancestrais das mitocôndrias. Só posteriormente algumas células (já com mitocôndrias) teriam estabelecido novas relações endossimbióticas, desta vez com seres autotróficos fotossintéticos, que terão vindo a originar os cloroplastos. 20

21 Ainda hoje se verifica que algumas algas apresentam plastos com mais do que uma membrana dupla, o que sugere que terá ocorrido uma relação endossimbiótica secundária, entre o plastídeo original e outro ser autotrófico procarionte. Argumentos a favor desta teoria: - As mitocôndrias e os cloroplastos apresentam dimensões semelhantes às bactérias; - As mitocôndrias e os cloroplastos apresentam o seu próprio material genético, capaz de se replicar e traduzir de forma independente do núcleo da célula; - O DNA, os ribossomas e as estruturas membranares das mitocôndrias e dos cloroplastos são estruturas mais semelhantes às existentes em seres procarióticos do que às da célula onde se encontram (por exemplo, o DNA das mitocôndrias e cloroplastos não se encontra associado a histonas, tal como acontece no material genético dos procariontes atuais); - As mitocôndrias e os cloroplastos possuem ribossomas próprios (semelhantes aos das células procarióticas) e são capazes de sintetizar as suas próprias proteínas e de se dividir de forma independente do núcleo da célula onde se encontram; - Ainda hoje se verificam relações endossimbióticas entre bactérias e alguns eucariontes. Contudo: - Esta teoria, tal como foi proposta inicialmente por Lynn Margulis, não explica a origem do núcleo e dos restantes organitos endomembranares. Além disso, não se podem esquecer os argumentos a favor do modelo autogénico (continuidade física e semelhança estrutural entre as membranas celulares internas e externa). Assim, alguns investigadores procuraram conciliar as duas hipóteses, defendendo que os sistemas endomembranares e o núcleo tenham resultado de invaginações da membrana plasmática, tal como defende a hipótese autogénica e as mitocôndrias e os cloroplastos terão tido origem em relações de endossimbiose, tal como defende a hipótese endossimbiótica. 21

22 Contudo, existem ainda aspetos controversos que esta teoria ainda não explica totalmente. Alguns genes necessários ao controle da expressão dos genes das mitocôndrias e cloroplastos encontram-se no núcleo das células. Este poderia ser um argumento a favor da teoria autogênica. De acordo com os defensores da teoria endossimbiótica, o processo de simbiose poderia ter implicado a migração de algum material genético dos simbiontes procariotas para o núcleo da célula hospedeira. Na realidade, ainda hoje se verificam trocas de segmentos de DNA entre os cloroplastos e entre as mitocôndrias da mesma célula, o que parece apoiar esta explicação. Resta a apresentação de mais provas que corroborem esta hipótese, e que possam explicar não só como é feito o controlo da expressão genética nas mitocôndrias e cloroplastos, mas também como e quando terá acontecido essa migração de material genético. 22

23 A imagem seguinte resume os dois modelos aqui descritos: Origem da multicelularidade Com a evolução para a estrutura eucariótica, as células aumentaram de tamanho e também as suas potencialidades metabólicas. Contudo, verifica-se que à medida que o tamanho aumenta, a relação entre a área e o volume diminui, isto é, a área aumenta menos do que o volume. Por isso, apesar do aumento de volume, o aumento de superfície correspondente continuava a ser insuficiente para as células conseguirem realizar com eficácia as trocas com o meio. Alguns seres unicelulares adaptaram a sua forma de maneira a otimizar a superfície de contacto com o meio exterior, como a alga Acetabularia. A Acetabularia é uma alga unicelular. Contudo, a sua forma permite-lhe ter uma elevada área de contacto com o meio extracelular, optimizando as trocas. Mas as células não podem aumentar indefinidamente de tamanho. Há duas soluções para este problema: 23

24 1) Reduzir o metabolismo celular (menos metabolismo implica menor necessidade de fazer trocas com o meio), ou 2) Multicelularidade. Aumentando o número de células, mesmo que ocupem o mesmo volume, a área de contato das células com o exterior aumenta exponencialmente, garantindo as trocas com eficiência. A multicelularidade implica que as várias células que constituem o ser apresentam uma especialização morfológica e funcional, e uma interdependência de tal ordem que não é possível a uma célula a sua sobrevivência isolada do organismo. Conhecem-se hoje organismos que apresentam uma estrutura que parece, de certo modo, a meio caminho entre a unicelularidade e a multicelularidade seres coloniais, como é o caso do Volvox. O Volvox é uma alga colonial constituída por uma esfera oca de pequenas células biflageladas unidas por uma matriz gelatinosa. Os flagelos estão virados para o exterior da colônia e permitem a sua deslocação. As células mantêm a sua independência, apesar de existirem ligações plasmáticas entre elas. Algumas células de maiores dimensões estão especializadas na reprodução. Os seres vivos unicelulares ter-se-ão agrupado em estruturas cada vez maiores e mais complexas as colônias nas quais grupos de células se especializam em determinadas funções, aumentando a sua eficiência e possibilidade de sobrevivência. Admite-se que os primeiros seres multicelulares tenham surgido devido ao aumento da especialização celular e complexidade da colônia, promovendo cada vez maior interdependência dos seus constituintes. Nas associações coloniais mais complexas, verifica-se que entre todas as células existe comunicação entre as células, coordenação das atividades celulares e divisão de tarefas. A especialização e a cooperação permite que as células se combinem num organismo que como todo possui mais capacidades que o simples somatório das partes que o constituem. No entanto os primeiros seres vivos multicelulares eram constituídos por células com um reduzido grau de diferenciação, como é o caso da esponja do mar. Só com o tempo (muito tempo) as células foram adquirindo um grau de especialização muito maior. 24

25 Vantagens da multicelularidade: - Utilização da energia mais eficaz. A diferenciação celular e consequente especialização de funções permitiu a redução do metabolismo celular. - Aumento de tamanho favorável para a competição pelo território e pelo alimento. - Maior diversidade de formas como resultado da especialização e diversificação celular, o que permite uma melhor adaptação a diferentes ambientes. - Maior complexidade e interação entre os sistemas de órgão permite uma maior independência do organismo face ao meio externo, pois a interação facilita a regulação do meio interno. Alguns problemas Nem tudo são rosas. Apesar de a multicelularidade ser extremamente vantajosa para os organismos, estes passaram a debater-se com outros problemas que até aqui não se colocavam. As células mais internas passaram a ter muito mais dificuldade em ter acesso a alimento e em eliminar as suas excreções pois deixaram de ter contato com o meio externo. A solução foi o desenvolvimento de sistemas de transporte e sistema nervoso. Os sistemas de transporte ajudam as células internas a ter contato com o meio externo (ainda que indireto) e o sistema nervoso ajuda à coordenação do organismo. Referências:

26 Exercícios 01. (Unicamp) Em 1953, Miller e Urey realizaram experimentos simulando as condições da terra primitiva: supostamente altas temperaturas e atmosfera composta pelos gases metano,amônia, hidrogênio e vapor d água, sujeita a descargas elétricas intensas. A figura a seguir representa o aparato utilizado por Miller e Urey em seus experimentos: a) Qual a hipótese testada por Miller e Urey neste experimento? b) Cite um produto obtido que confirmou a hipótese. c) Como se explica que o O2 obtido tenha surgido posteriormente na atmosfera? 02. (Fesp/Itabuna-BA) A figura a seguir representa a experiência de Redi. Redi colocou, dentro de recipientes, substâncias orgânicas que entrassem em decomposição. Alguns dos recipientes foram cobertos com uma gaze (os da direita) e os outros deixados descobertos (os da 26

27 esquerda). Ele demonstrou que as larvas da carne podre desenvolveram-se de ovos de moscas e não da transformação da carne. Os resultados desta experiência fortaleceram a teoria sobra a origem da vida, denominada a) hipótese autotrófica b) hipótese heterotrófica c) geração espontânea d) abiogênese e) biogênese 3. (UNB) Quanto à origem da vida, julgue os itens a seguir com (V) verdadeiro ou (F) de falso. I- A idéia da geração espontânea é também conhecida como biogênese. ( ) II- De acordo com a hipótese autotrófica, a primeira forma de vida teria sido capaz de produzir seu próprio alimento. ( ) III- A hipótese da panspermia de que a vida apareceu no nosso planeta proveniente de outros planetas explicaria a origem da vida, desde que se provasse a existência de vida, por exemplo, no planeta Júpiter. ( ) IV- A coacervação pode ter sido um mecanismo importante que reuniu bactérias, produzindo seres maiores. ( ) V- Com a experiência de Miller, foi possível descobrir a composição química da atmosfera primitiva da Terra. ( ) 4. Use a seguinte chave para responder às seis questões seguintes: a) hipótese autotrófica. b) hipótese heterotrófica c) biogênese. d) abiogênese. e) panspermia cósmica. f) coacervato. 5. A vida originou-se somente de vida preexistente. 6. A Terra foi contaminada por organismos vindos do espaço. 7. Aglomerado de moléculas protéicas, que se mantém juntas em pequenos grupos, circundadas por uma fina camada de moléculas de água. 8. Teoria que diz que os seres vivos podem-se originar espontaneamente da matéria bruta. 9. A hipótese supõe que a forma mais simples de vida se desenvolveu a partir de substância inanimada, formando-se num ambiente complexo, um ser simples, incapaz de fabricar seu alimento. 10. Os primeiros seres que surgiram possuíam a capacidade de sintetizar moléculas orgânicas a partir de energia e substâncias inorgânicas. 27

28 11. A importância do trabalho de Miller foi ter demonstrado, pela primeira vez, que: a) os primeiros seres vivos vieram do espaço. b) a vida surgiu nos mares primitivos c) moléculas orgânicas poderiam ter se formado em condições abiológicas. e) os primeiros seres vivos eram heterotróficos. 12. (Uel) Charles Darwin, além de postular que os organismos vivos evoluíam pela ação da seleção natural, também considerou a possibilidade de as primeiras formas de vida terem surgido em algum lago tépido do nosso Planeta. Entretanto, existem outras teorias que tentam explicar como e onde a vida surgiu. Uma delas, a panspermia, sustenta que: a) As primeiras formas de vida podem ter surgido nas regiões mais inóspitas da Terra, como as fontes hidrotermais do fundo dos oceanos. b) Compostos orgânicos simples, como os aminoácidos, podem ter sido produzidos de maneira abiótica em vários pontos do planeta Terra. c) Bactérias ancestrais podem ter surgido por toda a Terra, em função dos requisitos mínimos necessários para a sua formação e subsistência. d) A capacidade de replicação das primeiras moléculas orgânicas foi o que permitiu que elas se difundissem pelos oceanos primitivos da Terra. e) A vida se originou fora do Planeta Terra, tendo sido trazida por meteoritos, cometas ou então pela poeira espacial. 13. (Ufu) Várias hipóteses foram formuladas para explicar a origem da vida, sendo que a mais aceita é a da evolução gradual dos sistemas químicos. Aceitando-se esta hipótese, e as supostas condições da atmosfera primitiva da Terra, formada de metano (CH4), amônia (NH3), hidrogênio (H2) e vapores de água (H2O), assinale a alternativa correta. a) Os primeiros seres vivos eram heterotróficos aeróbicos porque, com a fermentação de moléculas orgânicas, conseguiam obter energia e também liberar oxigênio suficiente para realizarem a respiração. b) Os primeiros seres vivos eram autotróficos fotossintetizantes, uma vez que eram capazes de quebrar moléculas de água existentes nos vapores atmosféricos e utilizar o metano como fonte de carbono. c) Os primeiros seres vivos foram heterotróficos anaeróbicos, porque a atmosfera primitiva não apresentava oxigênio e gás carbônico, essenciais para a respiração aeróbica e a fotossíntese. d) Os primeiros seres vivos foram formados pela coacervação de moléculas orgânicas encontradas em meteoritos que caíram na Terra primitiva. 14. (Unesp) Segundo a teoria de Oparin, a vida na Terra poderia ter sido originada a partir de substâncias orgânicas formadas pela combinação de moléculas, como metano, amônia, hidrogênio e vapor d'água, que compunham a atmosfera primitiva da Terra. A esse processo seguiram-se a síntese protéica nos mares primitivos, a formação dos coacervados e o surgimento das primeiras células. Considerando os processos de formação e as formas de utilização dos gases oxigênio e dióxido de carbono, a seqüência mais provável dos primeiros seres vivos na Terra foi: 28

29 a) autotróficos, heterotróficos anaeróbicos e heterotróficos aeróbicos. b) heterotróficos anaeróbicos, heterotróficos aeróbicos e autotróficos. c) autotróficos, heterotróficos aeróbicos e heterotróficos anaeróbicos. d) heterotróficos anaeróbicos, autotróficos e heterotróficos aeróbicos. e) heterotróficos aeróbicos, autotróficos e heterotróficos Questões estilo UFBA (Somatório) 15. (Rui Barbosa/97) As células como unidades fundamentais da vida, estabeleceram-se evolutivamente em duas grandes classes: procarióticas e eucarióticas, que podem ser distinguidas por apresentarem peculiaridades estruturais e funcionais. A respeito desses tipos celulares, é correto afirmar: (01) A presença de um envoltório nuclear nas células eucarióticas, diferencia nitidamente os dois tipos celulares. (02) O advento das células eucarióticas proporcionou a pluricelularidade. (04) A simplicidade estrutural e metabólica das células procarióticas limita a sua capacidade em explorar nichos ecológicos diversos. (08) O citoesqueleto é uma estrutura característica das células eucarióticas. (16) Os ribossomos estão presentes em ambos os tipos celulares, por atuarem na síntese protéica. (32) A respiração aeróbica é um processo bioenergético exclusivo das células eucarióticas. 16. (FACS/97) Entre os vários milagres que explicam a vida que conhecemos na Terra, está uma estreita faixa de cerca de 20 quilômetros logo no início da estratosfera, dominada por um gás: é a cada vez mais estudada camada de ozônio. [...] Sem o ozônio, os raios ultravioleta cometeriam atrocidades fatais para os seres humano, animais e plantas [...]. Enfim, na ausência dessa camada, a vida, se persistisse, seria diferente. (Mineiro, Procópio. Destruição da camada de ozônio. Ecologia e Desenvolvimento, 1996) A partir da análise das relações entre a existência da camada de ozônio e a vida do planeta, classifique as alternativas a baixo e some as verdadeiras: (01) A camada de ozônio funciona como um filtro que retém radiações dentro de uma faixa de luz visível. (02) A diminuição da camada de ozônio está associada a ações antropogênicas com repercussões em todo o mundo vivo. (04) A preservação da camada de ozônio, garantiria a manutenção da temperatura adequada à vida no planeta. (08) A capacidade de danificar o material genético destaca-se entre os efeitos da radiação ultravioleta. (16) A camada de ozônio é uma consequência da evolução da vida autotrófica fotossintetizante. 29

30 (32) O aumento na freqüência do câncer de pele inclui-se entre as atrocidades fatais para os seres humanos. 17. (UFBA/99) A vida surgiu na Terra, acidentalmente, graças a ocorrência simultânea de um conjunto de fatores. As condições existentes na superfície da Terra permitiram o aparecimento da complexidade essencial à vida. A Terra constitui um lugar especial do Universo. (Lemos, José Roha, Jaime. Interconexão entre o homem e a natureza. Ciência Hoje, Rio de Janeiro, V.24, n.139,jun/98) (01) A existência de uma atmosfera extremamente oxidante, permitindo as combustões geradoras de energia para a vida. (02) A abundância de compostos contendo carbono, hidrogênio e oxigênio, elementos que integram todas as moléculas orgânicas. (04) A síntese de moléculas orgânicas que levaram à formação imediata de uma célula com características primitivas. (08) A ocorrência de uma série de reações químicas que conduziram à formação de moléculas orgânicas com capacidade catalítica e replicativa. (16) A formação de uma espessa camada de ozônio, criada logo após a formação da Terra, que protegia as primeiras células das radiações ultravioletas. (32) A disponibilidade de energia luminosa, prontamente assimilada pelos protobiontes na produção de seu alimento. (64) A escassez de água, constituindo o único ambiente adequado à ocorrência de síntese por desidratação, imprescindíveis à formação de biopolímeros. 18. (UFBA/2008) No cenário da evolução molecular em que surgiu o sistema vivo, o DNA aparece como a molécula que se estabeleceu com a função da hereditariedade em substituição ao RNA, que, provavelmente, exercia tal função originalmente. Segundo o modelo consagrado por Watson e Crick, o DNA se organiza obedecendo a princípios físicos e químicos, compatíveis com as funções biológicas de informação, herança e variação. 30

31 A taxa de erro durante a replicação do DNA por exemplo, a incorporação de um nucleotídeo incorreto na seqüência que está sendo construída a partir do molde é da ordem de 1 em 104 e é mantida ainda mais baixa (1 em 108 a 109) pela ação de mecanismos enzimáticos de revisão e reparação. A incorporação de uma base incorreta constitui uma mutação e pode introduzir uma mudança em alguma característica do organismo. (PENTEADO, 1998, p. 31) Com base nos conhecimentos das Ciências Naturais e na análise da figura e das informações, pode-se afirmar: (01) Elementos químicos existentes na atmosfera primitiva da Terra estão presentes na estrutura química do DNA. (02) A hipótese do RNA como primeira molécula informacional é apoiada, entre outros aspectos, no maior potencial de mudanças em suas seqüências informativas. (04) O estabelecimento do mundo de DNA nos primórdios da vida deve ser associado a um contexto ambiental já limitado por um incipiente envoltório de natureza lipídica. (08) A universalidade do DNA no mundo celular é indício de uma experiência evolutiva em que se consolidou uma molécula hereditária com ação catalítica. (16) O tipo de compartilhamento de pares eletrônicos entre os átomos que formam ligações peptídicas é o mesmo existente nas ligações entre as moléculas de ácido fosfórico, pentoses e bases nitrogenadas. (32) O erro percentual na replicação do DNA, na ausência de mecanismos enzimáticos de revisão e reparação, é de 0,1%. Gabarito: 1a. Os cientistas testaram a hipótese de que os gases da atmosfera primitiva combinados na água, formariam espontaneamente os compostos orgânicos e as primeiras formas de vida. b. Aminoácidos c. O gás oxigênio é um produto da fotossíntese e só pode ter surgido após o aparecimento dos organismos fotossintetizantes. 2.E/ 3.F/ V/ V/ F/ F./ 5. C/ 6. E/ 7. F/ 8. D/ 9. B/ 10. A/ 11. C/ 12. E/ 13. C/ 14. D Estilo Somatório: 15 (01, 02, 08, 16)/ 16(02, 08, 16, 32)/ 17(02, 08)/ 18(01, 02, 04, 16) 31

32 Evolução Interpretada à luz da evolução, a Biologia é, talvez, sob o ponto de vista intelectual, a mais inspirada e satisfatória das Ciências (...) "Sem essa luz, a Biologia se torna uma miscelânea de fatos alguns deles interessantes ou curiosos -, mas desprovidos de significado quando considerados em conjunto. Theodosius Dobzhansky ( ) Entre os seres vivos e o meio em que vivem há um ajuste, uma harmonia fundamental para a sobrevivência. A adaptação dos seres vivos ao meio é um fato incontestável. A origem da adaptação, porém, sempre foi discutida. Na Antiguidade, a ideia de que as espécies seriam fixas e imutáveis foi defendida pelos filósofos gregos. Os chamados, fixistas propunham que as espécies vivas já existiam desde a origem do planeta e a extinção de muitas delas deveu-se a eventos especiais como, por exemplo, catástrofes, que teriam exterminado grupos inteiros de seres vivos. O filósofo grego Aristóteles, grande estudioso da natureza, não admitia a ocorrência de transformação das espécies. Acreditava que os organismos eram distribuídos segundo uma escala que ia do mais simples ao mais complexo. Cada ser vivo nesta escala, tinha seu lugar definido. Essa visão aristotélica, que perdurou por cerca de anos, admitia que as espécies eram fixas e imutáveis. Lentamente, a partir do século XIX, uma série de pensadores passou a admitir a ideia da substituição gradual das espécies por outras, por meio de adaptações a ambientes em contínuo processo de mudança. Essa corrente de pensamento, transformista, explicava a adaptação como um processo dinâmico, ao contrário do que propunham os fixistas. Para o transformismo, a adaptação é conseguida por meio de mudanças: à medida que muda o meio, muda a espécie. Os adaptados ao ambiente em mudança sobrevivem. Essa ideia deu origem ao evolucionismo. Evolução biológica é a adaptação das espécies a meios em contínua mudança. Nem sempre a adaptação implica aperfeiçoamento. Muitas vezes, leva a uma simplificação. É o caso, por exemplo, das tênias, vermes achatados parasitas: não tendo tubo digestório, estão perfeitamente adaptadas ao parasitismo no tubo digestório do homem e de outros vertebrados. 32

33 As evidências da evolução O esclarecimento do mecanismo de atuação da evolução biológica somente foi concretamente conseguido a partir dos trabalhos de dois cientistas, o francês Jean Baptiste Lamarck ( ) e o inglês Charles Darwin ( ). A discussão evolucionista, no entanto, levanta grande polêmica. Por esse motivo é preciso descrever, inicialmente, as principais evidências da evolução utilizadas pelos evolucionistas em defesa de sua tese. Dentre as mais utilizadas destacam-se: os fósseis; a semelhança embriológica e anatômica existente entre os componentes de alguns grupos animais (notadamente os vertebrados), a existência de estruturas vestigiais e as evidências bioquímicas relacionadas a determinadas moléculas comuns a muitos seres vivos. O que são fósseis? Um fóssil (do latim fossilis, tirado da terra) é qualquer vestígio de um ser vivo que habitou o nosso planeta em tempos remotos, como uma parte do corpo, uma pegada e uma impressão corporal. O estudo dos fósseis permite deduzir o tamanho e a forma dos organismos que os deixaram, possibilitando a reconstrução de uma imagem, possivelmente parecida, dos animais quando eram vivos. Geralmente ficam preservadas as estruturas mais resistentes do animal ou planta, as chamadas partes duras, como dentes, ossos, conchas. As partes moles (vísceras, pele, vasos sangüíneos, etc.) preservamse com muito mais dificuldade. Pode ocorrer também, o caso ainda mais raro de ficarem preservadas as partes duras e as moles, como no caso de mamutes lanudos que foram encontrados intactos no gelo, e de alguns insetos que fossilizam em âmbar. Considera-se fóssil aquele ser vivo que viveu há mais de anos, ou seja anterior ao Holoceno, que é a época geológica atual. Restos ou evidências antigas mas com menos e anos, como os sambaquis, são classificados como subfósseis. A Paleontologia, o estudo dos fósseis, divide-se em Paleozoologia (estudo dos fósseis animais), Paleobotânica (estudo dos fósseis vegetais) e Paleoicnologia (estudo dos icnofósseis, que são as estruturas que mostram o comportamento do animal, como pegadas, sulcos, perfurações ou escavações). A fossilização resulta da ação combinada de processos físicos, químicos e biológicos. Para que ela ocorra, ou seja, para que a natural decomposição e desaparecimento do ser que morreu seja interrompida e haja a preservação, são necessárias algumas condições, como rápido soterramento e ausência de ação bacteriana decompondo os tecidos. Também influenciam na formação dos fósseis o modo de vida do animal e a composição química de seu esqueleto. Entre os restos animais passíveis de preservação incluem-se as estruturas formadas de sílica (óxido de silício), como as espículas das esponjas; calcita (carbonato de cálcio), como as conchas de muitos moluscos e os corais; e a quitina, substância que forma o esqueleto dos insetos. 33

34 É interessante observar que as folhas, caules, sementes e pólens podem ser preservados, mas normalmente não aparecem juntos. A fossilização pode se dar por diferentes processos: Incrustação ocorre quando substâncias trazidas pelas águas que se infiltram no subsolo depositam-se em torno do animal ou planta, revestindo-o. Ocorre, por exemplo, em animais que morreram no interior de cavernas. Dos materiais que se depositam os mais comuns são calcita, pirita, limonita e sílica. Tronco petrificado Pantano Grande, RS Foto: P. M. Branco Permineralização bastante frequente, ocorre quando substâncias minerais são depositadas em cavidades, como poros ou canalículos, existentes em ossos e troncos, por exemplo. É assim que se forma a madeira petrificada. Recristalização rearranjo dos cristais de um mineral, dando-lhe mais estabilidade. Exemplo clássico e a substituição de aragonita por calcita. Carbonificação ou incarbonização decorre da perda de substâncias voláteis (oxigênio, hidrogênio e nitrogênio principalmente), restando uma película de carbono. Em ambientes muito secos e áridos, a rápida desidratação também permite a preservação de animais (inclusive de corpos humanos). Chama-se a issomumificação. Os fósseis do tipo vestígios, não são restos de um ser vivo mas evidências de que ele existiu. Se uma concha é preenchida e totalmente recoberta por calcita, vindo depois a se dissolver, poderá ficar, no material que preencheu, um molde interno e no que a recobriu, um molde externo. E, se o espaço por ela antes ocupado for preenchido, ter-se-á um contramolde. Outros vestígios são as impressões, deixadas por exemplo por folhas em sedimentos carbonosos, frequentes nos carvões de Santa Catarina. Também são considerados vestígios os coprólitos(excrementos de animais), gastrólitos (pequenas pedras que as aves e alguns répteis possuem no aparelho digestório), ovos (isolados ou reunidos em ninhos), marcas de dentadas (deixadas por dinossauros, por exemplo) e os já citados icnofósseis (pegadas, sulcos, etc.) Algumas estruturas parecem-se muito com fósseis, mas não o são. Dendritos de pirolusita em riodacito, RS 34

35 Foto P. M. Branco Exemplo típico são os dendritos, depósitos de pirolusita (óxido de manganês), menos comumente de outro mineral, de forma ramificada, com todo o aspecto de uma planta, encontrados, por exemplo, em rochas vulcânicas do sul do Brasil. Essas estruturas são chamadas de pseudofósseis. Animais e plantas que existem ainda hoje e que pouco mudaram ao longo da história da Terra são chamados de fósseis vivos. Exemplos são a Gingko biloba e animais como Limulus sp. e o celacanto (Latimeria chalmnae), um peixe que, até 1938, se julgava estar extinto. Datação radioativa dos fósseis A idade de um fóssil pode ser estimada através da medição de determinados elementos radioativos presentes nele ou na rocha onde ele se encontra. Se um fóssil ainda apresenta substâncias orgânicas em sua constituição, sua idade pode ser calculada com razoável precisão pelo método do carbono-14. O carbono-14 ( 14 C) é um isótopo radioativo do carbono ( 12 C). Os cientistas determinaram que a meia vida do carbono-14 é de anos. Isso significa dizer que, nesse período, metade do carbono-14 de uma amostra se desintegra. Na hora da morte, um organismo que se fossiliza contém determinada quantidade de 14 C, que os cientistas estima ser a mesma que a encontrada nos seres de hoje. Passados anos, restará no fóssil apenas metade da quantidade de 14C presente na hora da morte. Ao fim de mais anos, terá se desintegrado a metade do que restou, e assim por diante, até que não haja praticamente mais esse isótopo radioativo na matéria orgânica remanescente. Assim, através de medidas da quantidade residual de carbono-14 em um fóssil, é possível calcular quanto tempo se passou desde a morte do ser vivo que o originou. Por exemplo, se um fóssil apresentar 1/8 do carbono radioativo estimado para um organismo vivo, isso significa que sua morte deve ter ocorrido entre aproximadamente 22 e 23 mil anos. Como a meia vida do carbono-14 é relativamente curta, a datação por esse isótopo só serve para fósseis com menos de 50 mil anos. Para datar fósseis mais antigos, os paleobiólogos utilizam isótopos com meia-vida mais longa, que podem ser encontrados nas rochas fossilíferas. Por exemplo, rochas que se formaram há alguns milhões de anos podem ser datadas por meio do isótopo urânio-235 ( 235 U), cuja meia-vida é de 700 milhões de anos. Para rochas ainda mais antigas, com centenas de milhões de anos de idade, pode-se usar o potássio-40, que tem meia vida de 1,3 bilhões de anos. 35

36 Anatomia e Embriologia comparadas A asa de uma ave, a nadadeira anterior de um golfinho e o braço de um homem, ainda que muito diferentes, possuem estrutura óssea e muscular bastante parecidas. A semelhança pode ser explicada admitindo-se que esses seres tiveram ancestrais em comum, dos quais herdaram um plano básico de estrutura corporal. O parentesco evolutivo entre as aves e os mamíferos, por exemplo, também permite explicar as semelhanças entre os órgãos internos desses animais. O coração e o sistema circulatório e nervoso, entre outros, são constituídos pelas mesmas partes básicas. Semelhanças embrionárias As semelhanças entre os embriões de determinados grupos de animais são ainda maiores do que as semelhanças encontradas nas formas adultas. por exemplo, é difícil distinguir embriões jovens de peixes, sapos, tartarugas, pássaros e seres humanos, todos pertencentes ao grupo dos vertebrados. Essa semelhança pode ser explicada se levarmos em conta que durante o processo embrionário é esboçado o plano estrutural básico do corpo, que todos eles herdaram de um ancestral comum. 36

37 Órgãos ou estruturas homólogos Certos órgãos ou estruturas se desenvolvem de modo muito semelhante nos embriões de todos os vertebrados. São os órgãos homólogos. Apesar de terem a mesma origem embrionária, os órgãos homólogos podem ter funções diferentes, como é o caso do braço humano e da asa de uma ave, por exemplo. As estruturas homólogas sugerem parentesco evolutivo, quando exercem funções diferentes pode-se falar em divergência evolutiva ou adaptativa. Órgãos ou estruturas análogos Se dois órgãos ou estruturas desempenham a mesma função, mas têm origem embrionária diferente, são chamados análogos. As asas de aves e de insetos, por exemplo, são estruturas análogas: ambas servem para voar, porém suas origens embrionárias são totalmente distintas. As estruturas análogas não sugerem parentesco evolutivo, por exercerem a mesma função, vindos de diferentes ancestrais, fala-se em convergência evolutiva ou adaptativa. 37

38 Órgãos vestigiais Órgãos vestigiais são estruturas atrofiadas, sem função evidente num determinado grupo de seres vivos e bem desenvolvido e com função esclarecida em outro grupo de organismos. O apêndice cecal do intestino humano, por exemplo, é um órgão vestigial. Esse órgão é uma pequena projeção do ceco (região do intestino grosso) e não desempenha nenhuma função aparentemente importante no homem e nos animais carnívoros. Já nos herbívoros, o apêndice é muito desenvolvido e tem importante papel na digestão da celulose; nele vivem micro-organismos que atuam na digestão dessa substância. Tudo indica que os mamíferos atuais, carnívoros e herbívoros, tiveram ancestrais comuns, cuja dieta devia ser baseada em alimentos vegetais, ricos em celulose. Entretanto, no decorrer da evolução, cecos e apêndices deixaram de ser vantajosos para alguns grupos de organismos, nos quais se encontram reduzidos, como vestígios de sua origem. São exemplos, também, de estruturas vestigiais a vértebra coccígea, a membrana nictitante e os músculos das orelhas. Será que homens e macacos tiveram um mesmo ancestral? Um dos argumentos usados para defender o evolucionismo é o da Anatomia Comparada. Na imagem que se segue podemos verificar a existência de órgãos homólogos (órgãos que têm a mesma origem, a mesma estrura básica e posição idêntica no organismo, podendo desempenhar funções diferentes) entre o homem e outro primata. 38

39 Evidências moleculares da evolução A comparação entre moléculas de DNA de diferentes espécies tem revelado o grau de semelhança de seus genes, o que mostra o parentesco evolutivo. O mesmo ocorre para as proteínas que, em última análise, refletem as semelhanças e diferenças genéticas. O citocromo c é uma proteína presente em todos os seres vivos que fazem respiração aeróbica, sendo constituído por 104 aminoácidos encadeados. A porcentagem de cada tipo de aminoácido presente nessa proteína varia nas diferentes espécies de organismos e está relacionada com a proximidade evolutiva entre as espécies. O citocromo c surgiu, como provavelmente, nos primórdios da vida na Terra, quando os primeiros seres vivos passaram a utilizar a respiração como processo para obtenção de energia. Hoje essa proteína apresenta pequenas variações em cada grupo de organismos, nas quais devem ter se estabelecido ao longo do processo evolutivo. 39

40 A variação da estrutura primária de uma determinada proteína, em diferentes espécies, revela indiretamente suas diferenças genéticas uma vez que o código para a proteína está escrito nos genes. Semelhanças entre moléculas de DNA Os recentes avanços da Biologia Molecular têm permitido comparar diretamente a estrutura genética de diferentes espécies, através da comparação das sequências de nucleotídeos presentes nas moléculas de DNA. Os resultados das análises bioquímicas têm confirmado as estimativas de parentesco entre espécies obtidas por meio do estudo de fósseis e anatomia comparada. Isso reforça ainda mais a teoria de que os seres vivos atuais resultam da evolução de seres vivos que viveram no passado, estando todos os seres vivos relacionados por graus de parentescos mais ou menos distantes. Teorias sobre Evolução A primeira teoria sobre a evolução das espécies é elaborada pelo naturalista francês Lamarck em 1809 (ano em que nasce Charles Darwin). A capacidade dos seres vivos de mudar e evoluir já havia sido observada e registrada por muitos estudiosos, mas é apenas com Lamarck que surge a primeira hipótese sistematizada. Lamarck ( ) Jean Baptiste Pierre Antoine de Monet, cavaleiro de Lamarck, aos 24 anos abandona a carreira militar para se dedicar à medicina e à botânica. Em 1778, publica Flora francesa, que faz grande sucesso. Exerce grande influência na fundação do Museu Nacional de História Natural, em Paris. É o fundador da biologia como ramo específico da ciência, em Em 1809, publica o livro Fisiologia zoológica, expondo pela primeira vez sua teoria da evolução. A obra encontra oposição nos meios conservadores, e Lamarck cai no ostracismo. Lamarckismo e a evolução das espécies Lamarck contribuiu para o pensamento evolucionista pois percebeu algo além da influência passiva do meio ambiente nos organismos. Ele inferiu que mudando o meio ambiente, mudam as necessidades dos indivíduos, que por sua vez alteram os comportamentos para atender à estas novas necessidades. Estas mudanças de comportamento alteram a utilização de determinadas estruturas anatômicas, ou orgãos, que podem crescer ou atrofiar, dependendo do uso. Ele chamou este conceito de "A primeira lei" - Lei do Uso e Desuso dos Órgãos- em seu livro "Filosofia Zoológica"; a "Segunda lei" Lei da transmissão dos Caracteres Adquiridos -versava que estas características alteradas pelo uso e desuso seriam hereditárias. Lamarck ainda via na evolução um contínuo crescente de complexidade, ou seja conforme os seres vão evoluindo eles tornam-se cada vez mais complexos e perfeitos. Lamarck não acreditava em extinção, para ele eram apenas seres que se transformaram em espécies diferentes. Porém até Darwin, que refutou todas as teorias evolucionistas de Lamarck, reconhece sua importância no processo de construção do pensamento evolucionista. Não deve-se apenas rotulá-lo como "aquele que errou" pois sua vida dedicada a Biologia, nos mais diversos campos (bem como física e climatologia) permitiu que a comunidade científica da época fizesse correções e respondesse perguntas mais adequadamente. Adaptação ao meio Lamarck diz que os seres vivos evoluem "sem saltos ou cataclismos" de forma "lenta e segura". Para se adaptar melhor ao meio, os seres vivos se modificam a cada geração. A girafa, por exemplo, teria 40

41 desenvolvido um pescoço comprido para se alimentar das folhas de árvores muito altas. Os órgãos que são menos usados atrofiam, de geração em geração, e desaparecem. Caracteres adquiridos Para Lamarck, as características que um animal adquire durante sua vida podem ser transmitidas hereditariamente. Um animal que perde parte de sua cauda, por exemplo, pode ter filhos com a cauda curta. Teoria da Seleção Natural Charles Darwin e Alfred Wallace Charles Darwin As teorias do naturalista inglês Charles Robert Darwin ( ) acrescentaram pontos vitais para a compreensão do evolucionismo, sendo considerado por muitos uma das figuras mais importantes da ciência. Para analisar os principais pontos de sua teoria primeiramente vamos conhecer os fatos relevantes de sua vida. 41

42 Nascido em um ambiente abastado intelectual e financeiramente, o jovem Charles Darwin pôde completar seus estudos na escola local, em Sherwsbury, e iniciar o curso de medicina em Edimburgo, porém ao cabo de dois anos (1825 a 1827) abandonou os estudos e encaminhou-se a Faculdade de Estudos Cristãos na Universidade de Cambridge para cursarteologia. Durante sua estadia em Cambridge, Darwin criou uma forte amizade com o padre e botânico John Stevens Henslow, de onde surgiu seu verdadeiro interesse pelo naturalismo. Graças a sua sede de conhecimento e a influência de seu amigo, Darwin foi convidado a embarcar como acompanhante do capitão Fitz Roy no navio Beagle em uma expedição de aproximadamente cinco anos ao redor do mundo com a missão de completar dados cartográficos para a Marinha Inglesa. Muito embora não fosse o naturalista oficial do navio, cargo ocupado pelo cirurgião Robert Enciclopédia Delta universal Charles Darwin McCormick, Darwin teve uma grande oportunidade de coletar materiais e observar a exuberante natureza dos trópicos. Imagem cedida pelo site Darwin On line Planta do navio Beagle Pouco importa o que Charles Darwin levou em suas malas no início da viagem, mas a bagagem que trouxe serviu de material para desenvolver uma obra que transformaria o mundo. Não somente o material colhido em sua volta ao mundo, mas também a observação e pesquisa sobre a criação de animais e o cultivo de plantas contribuíram para escrever A origem das espécies (mais precisamente A origem das espécies por meio da seleção natural, ou a preservação das raças favorecidas na luta pela vida ). Lançado em 1859 sua primeira edição de 1250 exemplares se esgotou no mesmo dia. Vários historiadores e biógrafos especulam sobre a demora do lançamento em mais de 20 anos desde sua viagem a bordo do Beagle a vários motivos, mas concordam que ele sabia que suas ideias causariam alvoroço e repercussão. Em 1844, ele já havia deixado aos cuidados de sua esposa um manuscrito com sua teoria que ela deveria publicar, caso ele viesse a falecer. 42

43 Charles Darwin durante sua viagem teve a oportunidade de aportar no arquipélago de Galápagos, e nestas ilhas inóspitas habitavam tartarugas, as quais os marinheiros levavam consigo como provisão de alimento durante suas viagens. Eles diziam que poderiam indicar de qual das ilhas do arquipélago eram originadas as tartarugas pela forma de seus cascos, por exemplo, as originárias da Ilha Isabela têm a carapaça em forma de domo e as, da Ilha Espanhola, têm a carapaça em forma de sela. Estas formas estão relacionadas com adaptações ao ambiente, assim as em forma de domo protegem suas partes moles da vegetação rasteira, pois vivem numa ilha que possui uma vegetação relativamente mais exuberante, e as em forma de sela permitem que elas ergam muito mais a cabeça em busca de alimento, pois é onde predominam cactos e arbustos espinhosos. Imagem cedida pelo site Darwin on-line As tartarugas das ilhas de Galápagos foram fundamentais para as teorias de Darwin Na fauna do arquipélago de Galápagos, outros animais foram importantes para os trabalhos de Darwin, os tentilhões, espécies de pássaros da família Fringillidae, que ocorrem nas diferentes ilhas. A semelhança entre essas espécies de tentilhões e a que vive no continente sul-americano levou Darwin a supor que todas elas se diferenciaram a partir de um grupo ancestral comum, que teria migrado, há muito tempo, do continente para essas ilhas. Por seleção natural, teriam se adaptado a diferentes modos de vida, dando prigem às diferentes espécies. Nos 20 anos que se seguiram após o seu retorno, Darwin trabalhou em muitos outros projetos de pesquisa e amadureceu suas ideias sobre evolução. Darwin foi influenciado pelos trabalhos de cientistas famosos, como o astrônomo John Herschel ( ) e o naturalista e viajante Alexandr Humboldt ( ). Este último foi responsável, segundo o próprio Darwin, pelo impulso de viajar a terras desconhecidas em expedições científicas. O trabalho do geólogo e amigo Charles Lyell ( ) também marcou o estudo de Darwin. Além de levar uma cópia do Princípios de Geologia, de Lyell, em sua viagem a bordo de Beagle, as primeiras anotação de viagem de Darwin eram sobre os temas de geologia. Um dos trabalhos que influenciou Darwin foi o ensaio de Thomas Malthus ( ) sobre os princípios que regem as populações humanas, escrito em 1798, mas que Darwin leu em Malthus argumentava que o crescimento sem controle da população humana levaria à fome, pois enquanto a população cresce em progressão geométrica, a produção de alimentos cresce em progressão aritmética. Darwin imaginou que estes argumentos poderiam ser aplicados para a spopulações dos demais seres vivos, em que o crescimento populacional seria controlado por limites impostos pelo meio. A falta de recursos disponíveis para todos levaria a disputas entre organismos, e apenas aqueles com características 43

44 mais vantajosas teriam condições de sobreviver e de deixar descendentes. Assim o meio atuaria selecionando naturalmente os organismos mais adaptados a ele. A expressão mais adaptado refere-se à maior probabilidade de determiando indivíduo sobreviver e deixar descendentes em determinado ambiente. Além dessas conclusões outras surgiram da observação das práticas agropecuárias. Há muito, desde os primórdios da civilização, os homens selecionam entre as plantas e os animais aqueles que possuem as características desejadas cultivando-as e cruzando-as, descartando as que não possuem as características desejadas. Esta prática é hoje conhecida como melhoramento genético tradicional. Mas, afinal o que há de tão revolucionário em suas observações e conclusões? O que há de peculiar em sua teoria? Vamos entendê-la. Darwin postulava que toda a diversidade de vida se originava de um ancestral comum que evoluiu através de múltiplas e sucessivas vias divergentes, tendo formas ancestrais e formas derivadas, originadas das primeiras. E esse processo é puramente material e mecânico, excluindo aqui qualquer noção de intenção divina de organização e complexidade, pois a seleção natural, mecanismo fundamental de sua teoria evolucionista, privilegia a sobrevivência dos mais aptos em detrimento a dos menos aptos. Os seres que fossem capazes de, numa competição por alimento, território ou parceiros, superar seus adversários teriam mais chances de se reproduzir e transmitir suas características superiores aos seus descendentes. Mas, como um ser, animal ou planta, se modifica? Darwin aludia isso a pequenas variações nos organismos, geradas pelo acaso, e quando estas variações eram úteis para a sobrevivência, tornando os mais aptos, estes sobreviveriam, mas se essa alteração fosse deletéria ou não o provesse de vantagens adaptativas ao meio e a competição, eles não viveriam para transmiti-las aos seus descendentes. Para melhor entender esse mecanismo vamos comparar as idéia do pescoço da girafa exposto para exemplificar a teoria de Lamarck. Para Darwin não seria o alongamento voluntário do pescoço que faria com que as girafas evoluíssem para as de pescoço comprido, mas imaginemos um grupo das mesmas girafas primitivas, de pescoço pequeno, em um ambiente onde não abundassem plantas pequenas, e que nesse grupo, pelo acaso nascessem algumas com um pescoço um pouco maior. Numa situação dessas, elas levam vantagem, pois podem mais facilmente alcançar as copas das árvores, e como isso dispor de mais alimento, as de pescoço menor não conseguiriam, e poderiam sucumbir de fome, ou mesmo não competir para se reproduzir. 44

45 Elas teriam mais chances de sobrevivência e reprodução, e consequentemente transmitir sua característica vantajosa para os seus filhotes. E do mesmo modo que acontecia na teoria de Lamarck, geração após geração, os pescoços das girafas iriam aumentando, mas diferentemente dele, Darwin afirma que não seria por uso e desuso, mas porque aquelas que têm o pescoço maior têm mais chances. Somente em 1856, Darwin começou a escrever o livro que seria o mais importante de sua vida e um dos mais importantes da história da Biologia: A origem das espécies por meio da seleção natural, ou a preservação das raças favorecidas na luta pela vida.esse livro só foi publicado em Em junho de 1858, o naturalista inglês Alfred Wallace, com base nos estudos que realizou na América do Sul e no arquipélago Malaio, chegou de forma independente às mesmas conclusões de Darwin sobre evolução por selação natural. Wallace enviou a Darwin uma carta falando sobre suas ideias a respeito da seleção natural, e os dois redigiram um documento que foi lido em julho de 1858 durante uma memorável reunião científica em Londres. Apesar de Wallace não ter apresentado um trabalho de tão amplo alcance como fez Darwin, ele também merece os créditos da elaboração dessa teoria. O livro A origem das espécies paresenta duas ideias centrais: - todos os organismos descendem, com modificações, de ancestrais comuns; - o principal agente de modificações é a ação da seleção natural sobre as variações individuais. Darwin admitia que os organismos de uma população não são idênticos entre si, apresentando variações nos caracteres. Resumidamente podemos dizer que a teoria de Darwin diz que os seres evoluem através do tempo através do mecanismo da seleção natural Segundo Ernst Mayr, em seu livro de 2001, What evolution is, Darwin percebeu claramente dois aspectos fundamentais da evolução. O primeiro é a transformação gradual das espécies, a anagênese, processo pelo qual surgem as novas características apomorfias ou características derivadas a partir das características primitivas dos ancestrais. O segundo aspecto da evolução é a diversificação de novas espécies a partir de uma espécie ancestral, processo denominado cladogênese. Leitura Complementar: O homem descende do macaco? Na polêmica apresentação de seu trabalho a respeito do processo de seleção natural e da origem das espécies, Darwin foi acusado de defender a tese de que o homem descendeu dos macacos. Será que isso é verdade? A acusação é injustificada. Darwin nunca afirmou isso. O que ele procurava esclarecer era o fato de que todas as espécies viventes, inclusive a humana, teriam surgido por meio de um longo processo de evolução a partir de seres que o antecederam. Nesse sentido, homens e chipanzés, que tiveram um ancestral comum, seriam primos em primeiro grau, fato que provocou a ira de muitos oponentes de Darwin. E não é que o assunto pode ser agora esclarecido, com uma fascinante descoberta na formação Chorora, na Etiópia central? Um grupo de cientistas etíopes e japoneses encontrou restos fossilizados, na verdade oito dentes; de uma nova espécie de macaco batizada com o nome Chororapithecus abyssinicus (ou macaco abissínico de Chorora) que viveu a cerca de 10 milhões de anos e está sendo considerado o mais velho parente dos gorilas. 45

46 Explicando melhor: até agora, os cientistas acreditavam que os gorilas, ao longo da evolução, tivessem se separado dos chimpanzés bem mais tarde. E, depois disso, teria havido a separação das linhagens que originaram os chimpanzés e os hominídeos (família a que pertence a espécie humana). Agora, com essa nova descoberta, tudo leva a crer que a origem do homem é mais antiga, cerca de 9 milhões de anos. E, para completar, essa descoberta é um forte apoio da origem africana tanto dos humanos quanto dos grandes macacos modernos. Para aqueles que acreditam na evolução biológica, descobertas como essa ajudam a esclarecer a origem dos seres humanos. E, também, a desfazer os mitos baseados em acusações infundadas. Teoria Sintética da Evolução ou Teoria Sintética da Evolução O surgimento da Genética e seu grande desenvolvimento no início do século XX permitiram reinterpretar a teoria evolucionista de Darwin à luz de novas descobertas sobre hereditariedade. Durante as décadas de 1930 e 1940, os novos conhecimentos genéticos foram incorporados As ideias darwinianas em uma síntese evolucionária, da qual resultou uma teoria mais abrangente e mais consistente, que ficou conhecida como Teoria Sintética da Evolução ou Teoria Moderna da Evolução. Conforme Darwin já havia proposto, essa teoria considera a população como a unidade evolutiva. Uma população pode ser definida como um grupamento de indivíduos da mesma espécie que ocorrem em uma mesma área geográfica, em um mesmo intervalo de tempo. Cada população apresenta determinado conjunto gênico, que pode ser alterado de acordo com fatores evolutivos. O conjunto gênico de uma população é o conjunto de todos os genes presentes nessa população. Assim, quanto maior for o conjunto gênico da população, maior será a variabilidade genética. Os principais fatores evolutivos que atuam sobre o conjunto gênico da população podem ser reunidos em duas categorias: fatores que tendem a aumentar a variabilidade genética da população mutação e recombinação; fatores que atuam sobre a variabilidade genética já estabelecida migração, deriva genética e seleção natural. Sabe-se que uma população está evoluindo quando se verificam alterações na frequência de seus genes. Atualmente considera-se a evolução como o conceito central e unificador da Biologia, e uma frase marcante que enfatiza essa idéia foi escrita pelo cientista Dobzhansky: Nada se faz em biologia a não ser à luz da evolução. Bases genéticas da evolução A mutação cria novos genes, e a recombinação os mistura com os genes já existentes, originando os indivíduos geneticamente variados de uma população. A seleção natural, por sua vez, favorece os 46

47 portadores de determinados conjuntos gênicos adaptativos, que tendem a sobreviver e se reproduzir em maior escala que outros. Em função da atuação desses e de outros fatores evolutivos, a composição gênica das populações se modifica ao longo do tempo. 1. FATORES QUE PROMOVEM A VARIABILIDADE GENÉTICA 1.a Mutações As mutações podem ser cromossômicas ou gênicas. As mutações cromossômicas podem ser alterações no número ou na forma dos cromossomos. As mutações gênicas originam-se de alterações na sequência de bases nitrogenadas de determinado gene durante a duplicação da molécula de DNA. Essa alteração pode ocorrer por perda, adição ou substituição de nucleotídeos, o que pode originar um gene capaz de codificar uma proteína diferente da que deveria ter sido codificada. As mutações gênicas são consideradas as fontes primárias da variabilidade, pois aumentam o número de alelos disponíveis em um lócus, incrementando um conjunto gênico da população. Embora ocorram espontaneamente, podem ser provocados por agentes mutagênicos, como radiações e certas substâncias químicas (a droga ilegal LSD, por exemplo).as mutações não ocorrem para adaptar o indivíduo ao ambiente. Elas ocorrem ao acaso e, por seleção natural, são mantidas quando adaptativas (seleção positiva) ou eliminadas em caso contrário (seleção negativa). Podem ocorrer em células somáticas ou em células germinativas; neste último caso as mutações são de fundamental importância para a evolução, pois são transmitidas aos descendentes. Tipos de Mutações 47

48 Mutações Gênicas: alteram a sequência de nucletídeos do DNA, por substituição, adição ou remoção de bases. Podem conduzir à modificação da molécula de RNAm que é transcrita a partir do DNA e, consequentemente, à alteração da proteína produzida, o que tem, geralmente, efeitos no fenótipo. As mutações gênicas correspondem a fonte primária da variabilidade genética. Substituição (substituição de uma só base do DNA) Mutação Silenciosa: Substituição de uma base do DNA por outra (no 3º nucletídeo de cada códon), mas que resulta num códon que codifica o mesmo aminoácido, devido à redundância do código genético. São muito comuns e responsáveis pela diversidade genética que não é expressa fenotipicamente. Mutação com perda de sentido: Substituição de uma base do DNA por outra, que tem como consequência a substituição de um aminoácido por outro na proteína codificada. A conformação da proteína pode ser alterada. (ex: anemia falciforme) Mutação sem sentido (nonsense): Substituição de uma base do DNA de tal modo que, no RNAm, um códon que especifica um aminoácido é alterado para um códon de STOP, ou o contrário. Origina uma proteína mais curta ou mais longa do que a proteína normal. Delecção (remoção de uma ou mais bases do DNA) Pode ser removida uma única base do DNA ou milhares delas. A remoção de um número de bases que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene. Inserção (Adição de uma ou mais bases ao DNA) O número de bases adicionadas ao DNA pode variar. A adição de um número que não seja múltiplo de três altera completamente a mensagem do gene. Quando é inserida uma sequência igual a outra ocorre uma duplicação. Mutações cromossômicas: traduzem-se numa alteração da estrutura (mutação cromossômica estrutural) ou do número (mutação cromossômica numérica) de cromossomos. Podem afectar uma determinada região de um cromossomo, um cromossomo inteiro ou todo o complemento cromossómico de um indivíduo. 48

49 Mutações Cromossômicas Numéricas: o Euploidia: A euploidia envolve a alteração completa do genoma. A euploidia pode ser: Haploidia perda de metade do material genético, em que o indivíduo passa a possuir n cromossomos. Os indivíduos resultantes são, no geral, estéreis, devido a irregularidades na meiose, decorrentes da dificuldade de emparelhamento cromossômico. Poliploidia ganho de material genético, em que o indivíduo passa a possuir x.2n cromossomos. Causas: fecundação de um oócito por dois espermatozóides; fecundação de um gameta diploide; citocinese anormal na meiose ou mitose. Consequências/exemplos: Nas plantas, a poliploidia é comum. As plantas poliploides podem autopopolinizar-se ou cruzar-se com outras semelhantes. Nos humanos, os embriões popiploides não se desenvolvem e são abortados espontaneamente. Algumas células somáticas humanas podem ser poliploides (mosaicismo). o Aneuploidia: Existem cromossomos a mais ou a menos em relação ao número normal. Geralmente envolve apenas um único par de cromossomas e pode ser autossômica ou heterossômica. Pode ser: Nulissomia faltam os dois cromossomas de um par de homólogos (2n-2). Se afeta o par sexual no homem, a nulissomia é letal. Monossomia ausência de um dos homólogos num dado par (2n-1). Polissomia um ou mais cromossomas extra. Causas: não-disjunção dos homólogos ou das cromátides-irmãs na anáfase da meiose I ou II. Um gameta recebe dois cromossomos do mesmo par e outro não recebe nenhum. Consequências/Exemplos: As aneuploidias mais comuns em seres humanos são as trissomias 21 (Síndrome de Down), 13 (Síndrome de Patau) e 18 (Síndrome de Edwards), a monossomia do X (Síndrome de Turner) e outras alterações numérica dos heterossomos. Aneuploidias de outros cromossomos geralemente não permitem o desenvolvimento até ao nascimento, resultando em abortos espontâneos. As aneuploidias dos cromossomos sexuais são melhor toleradas do que as dos autossomos. Mutações Cromossômicas Estruturais: Deleção: Falta uma porção de um cromossomo. Causa: cruzamento de cromossomas e quebra nos pontos de cruzamento, a que se segue uma reconstituição em que um segmento é eliminado. Consequências/exemplos: As delecções variam muito em tamanho, mas as maiores têm efeitos mais nefastos pois removem mais genes. Duplicação: 49

50 Existência de duas cópias de uma dada região cromossômica, frequentemente associada à deleção no correspondente cromossoma homólogo. Os efeitos variam em função da extensão e do tipo de informação repetida. Translocação: Transferência de segmentos entre cromossomos não homólogos. Inversão: Remoção de um segmento de DNA e inserção numa posição invertida num outro local do cromossomo. As consequências de uma inversão dependem dos genes envolvidos. No caso de a inversão incluir parte de um segmento de DNA que codifica para uma proteína, esta será muito diferente e não funcional, na maioria das situações; Certas inversões não têm efeitos sobre o fenótipo, mas causam problemas reprodutivos. 1.b Recombinação genética Reordenamento dos genes que ocorre na reprodução sexuada durante a meiose, quando se formam os gametas devido ao entrecruzamento (crossing-over) e à separação independente dos cromossomos homólogos. A recombinação genética permite uma descendência que combina as características genéticas dos progenitores, sendo por isso uma fonte de variabilidade genética ao favorecer diferentes combinações de genes. 2. FATORES QUE ATUAM NA VARIABILIDADE GENÉTICA JÁ EXISTENTE. 2.a Seleção Natural Por Prof. Dorival Filho 50

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54 Fonte: 2.b Migração (imigração e emigração): entrada e saída de indivíduos de uma população. 2.c Oscilação Genética: alteração drastica do tamanho da população por um processo não seletivo. 54