MÓDULO DIDÁTICO DE BIOLOGIA Nº 23 - PARTE I

Transcrição

1 MÓDULO DIDÁTICO DE BIOLOGIA Nº 23 - PARTE I Evolução Humana Autor: Fábio Augusto Rodrigues e Silva Sumário OS PRIMATAS o A diversidade dos primatas atuais A ORIGEM DA LINHAGEM HUMANA o As evidências genéticas OS ANCESTRAIS DO HOMEM o Os australopitecíneos o O gênero Homo MÉTODOS DE ESTUDOS DA EVOLUÇÃO HUMANA o A determinação da antiguidade dos hominídeos fósseis o Os estudos genéticos das linhagens humanas GRANDES MODIFICAÇÕES NA EVOLUÇÃO HUMANA o O aumento do cérebro o Mudanças nos maxilares, nas mandíbulas e nos dentes o Bipedalismo MUDANÇAS NO COMPORTAMENTO SOCIAL E CULTURAL A ORIGEM DO HOMEM MODERNO: EVOLUÇÃO ÚNICA OU MULTIRREGIONAL? Texto COMPLEMENTAR SUGESTÃO DE PROJETO SUGESTÕES COMPLEMENTARES Identificar as adaptações apresentadas pelos primatas e reconhecer as características que permitem incluir a espécie humana na Ordem Primata. OS PRIMATAS Nos modelos de classificação das espécies, os seres humanos são denominados como Homo sapiens e incluídos na Ordem Primata. A espécie Homo sapiens é apenas uma entre as cerca de 200 espécies de primatas conhecidas atualmente. Irradiação adaptativa designa o processo em que uma espécie ancestral origina várias espécies descendentes com adaptações ecológicas diferentes. Os fósseis de primatas indicam que eles começaram o seu desenvolvimento e diversificação há aproximadamente 65 milhões de anos. A espécie ancestral de todos os primatas deve ter sobrevivido à extinção em massa que dizimou inúmeras espécies e que decretou o fim da era dos Répteis marcado pelo desaparecimento dos dinossauros. Com a subsequente, Era dos Mamíferos, os primatas sofreram um processo de irradiação adaptativa com um aumento no tamanho do corpo e ampliação da dieta. Esses mamíferos são animais, tipicamente, habitantes arbóreos de ecossistemas de floresta tropical ou subtropical. Entre as adaptações apresentadas por espécies deste grupo destacam-se: A presença de polegares e dedão (hálux) oponível: confere a habilidade de agarrar. Alguns primatas, como macacos, chimpanzés e gorilas possuem unhas, não garras. As almofadas dos dedos são largas e enrugadas, prevenindo o escorregamento nos suportes arbóreos. Os membros posteriores dominando a locomoção: algumas espécies pequenas utilizam os membros anteriores para o movimento de agarrar e saltar, outras para o andar quadrúpede ou braquiação (tipo de locomoção utilizando apenas os braços). A predominância dos membros posteriores para locomoção mantém o corpo em uma posição relativamente vertical. A Visão muito desenvolvida: os primatas apresentam os dois olhos em posição frontal. Essa posição dos olhos reduz o campo visual, mas possibilita ver uma mesma imagem com os dois olhos ao mesmo tempo, produzindo uma visão estereoscópica. A visão estereoscópica permite perceber as três dimensões de um objeto ou espaço, consequentemente favorece uma maior percepção do ambiente. O cérebro grande: os cérebros dos primatas são proporcionalmente maiores do que são encontrados em outras ordens de mamíferos. Em geral, uma tendência observada no reino animal é de que: quanto maior o cérebro (em relação ao corpo) maior a longevidade e menor potencial reprodutivo.

2 QUESTÃO 1 Leia a letra da música: Homem Primata (Ciro Pessoa/Marcelo Fromer/Sérgio Britto/Nando Reis) Desde os primórdios Até hoje em dia O homem ainda faz O que o macaco fazia Eu não trabalhava, eu não sabia, O homem criava e também destruía Homem Primata Capitalismo Selvagem Eu aprendi A vida é um jogo Cada um por si E Deus contra todos Você vai morrer e não vai pro céu É bom aprender a vida é cruel Homem Primata Capitalismo Selvagem Eu me perdi na selva de pedra Eu me perdi, eu me perdi. A) Na letra da música, os artistas reafirmam o que a Ciência propõe: os seres humanos são primatas. Apresente algumas adaptações que os seres humanos compartilham com primatas não humanos. B) Considere o seguinte trecho da música: Desde os primórdios/ Até hoje em dia/ O homem ainda faz/ O que o macaco fazia... Discuta com os seus colegas, quais os comportamentos que os seres humanos e os outros primatas têm em comum? Conhecer a diversidade de primatas existentes na Terra. Analisar e discutir as relações entre os impactos ambientais e a preservação das espécies de primatas. A diversidade dos primatas atuais Os primatas atuais podem ser classificados em quatro grupos: Prossímios: são lêmures, lorises e társios (Figura 1). Figura 1: Társios e lorises os prossímios (ilustrações: Fabrício Belmiro) Esses primatas são animais de focinho alongado e cérebros relativamente pequenos. Eles possuem o polegar opositor e unhas

3 pontiagudas. Em geral, se movimentam sobre os troncos de árvores, alguns pulam de um galho para outro. São animais encontrados em Madagascar e em algumas ilhas da Ásia. Macacos do Novo Mundo: saguis, micos, o macaco-aranha e mono-carvoeiro (Figura 2). Figura 2: Sagui de tufo branco, macaco aranha e mono-carvoeiro (ilustrações: Fabrício Belmiro). São animais pequenos, ágeis, apresentam cauda longa (que pode ser preênsil) e nariz achatado. Na sua maioria, vivem no alto das árvores. Esses animais são encontrados nas florestas do continente americano; Macacos do Velho Mundo: macacos do gênero Macaca e Colubos, babuínos (Figura 3). Figura 3: Macacos do gênero Macaca e Colubos, babuínos (ilustrações: Fabrício Belmiro). Esses primatas apresentam focinho longo e narinas muito próximas voltadas para baixo e cauda que nunca é preênsil. Esses macacos são encontrados na Ásia e na África. Hominoídes: símios, também chamados de macacos antropoides (orangotango, gorilas, gibões, chimpanzés) e os seres humanos (Figura 4). São animais que não apresentam cauda e possuem cérebros grandes.

4 Figura 4: orangotango, gorilas, gibões, chimpanzés (ilustrações: Fabrício Belmiro). QUESTÃO 2 Observando os grupos de primatas percebe-se que se trata de uma ordem de mamíferos com grande diversidade, em termos morfológicos e comportamentais. Pesquise sobre os primatas abaixo e preencha o quadro: Primata Distribuição geográfica Tipo de alimentação Hábitat Curiosidade Chimpanzé Mico-leão-dourado Gorila Babuíno Muriqui Lêmures

5 QUESTÃO 3 Leia o texto abaixo: Três primatas brasileiros ameaçados de extinção Um em cada três primatas que povoam o planeta corre o risco de ser extinto em poucas décadas. (...) O Brasil é o terceiro da lista dos 10 países com maior número de macacos ameaçados (19 espécies), atrás da Indonésia e de Madagascar. O mico-leão-da-cara-preta (Leontopithecus caissara), o macaco-prego-de-peito-amarelo (Cebus xanthosternos) e o muriqui (Brachyteles hypoxanthus) são os que têm suas populações mais afetadas, restando apenas poucas centenas de indivíduos. A Mata Atlântica é o hábitat das três espécies, algumas delas vivendo bem perto de grandes centros urbanos, como São Paulo, Belo Horizonte ou Salvador. (Fonte: Pinto, Luiz Paulo Revista Eco 21, Ano XII, N o 71, Outubro de 2002). Sobre as informações acima, responda: A) Cite algumas das possíveis causas do aumento do risco de extinção de primatas brasileiros. Os primatas brasileiros são importantes dispersores de sementes. B) Como eles realizam essa função ecológica? C) Qual o impacto da diminuição ou extinção de primatas para o ecossistema? Analisar árvores filogenéticas que representam a evolução dos hominídeos. Identificar relações de parentescos entre os hominídeos que compõem as árvores filogenéticas do grupo. Reconhecer a importância dos registros fósseis na construção das árvores filogenéticas A ORIGEM DA LINHAGEM HUMANA Em 1863, Thomas Huxley, um amigo e defensor de Charles Darwin, publicou um livro que apresentava o seguinte argumento: os seres humanos compartilhavam uma relação evolutiva próxima com os grandes símios, principalmente os africanos. O argumento de Huxley baseava-se em dados de anatomia e embriologia comparada entre símios e seres humanos, além de escassas evidências fósseis de nossos ancestrais trazendo uma nova visão sobre a humanidade. Os seres humanos passaram a ser vistos como parte do Reino Animal ou da natureza. Darwin também escreveu um trabalho sobre a evolução humana que foi publicado em 1871, intitulado de A descendência do homem. Nesse livro Darwin afirmava que É bem provável que a África tenha sido habitado por antropoides (macacos de grande porte sem cauda) agora extintos, parentes próximos do gorila e do chimpanzé, como essas duas espécies são agora as mais próximas do homem, é maior a probabilidade de que nossos antigos progenitores tenham vindo do continente africano. O aumento no número de achados fósseis no continente africano e as análises genéticas vêm reafirmando essa previsão sobre as origens dos seres humanos. Segundo esses dados, o último ancestral comum e o nosso parente vivo mais próximo, surgiu, na África, entre 6 milhões e 8 milhões de anos. O que se diz é que entre 22 milhões e 5, 5 milhões de anos atrás, mais de 100 espécies de antropoides vagavam pela Europa até a Ásia e do Quênia a Namíbia, na África. O curioso é que atualmente esse grupo de animais, outrora com um número grande de espécies, é constituído por poucas espécies (Chimpanzés, gorilas, gibões e orangotango) algumas com grande risco de extinção. QUESTÃO 4 (ENEM/ adaptado) O assunto na aula de Biologia era a evolução do Homem. Uma árvore filogenética, igual à mostrada na ilustração, foi apresentada aos alunos de uma escola. Essa árvore relacionava os primatas atuais e seus ancestrais.

6 A) Após observar o material fornecido pelo professor, os alunos emitiram várias opiniões. Utilizando (V) para as afirmações verdadeiras e (F) para as falsas, avalie as seguintes opiniões: ( ) Os seres humanos são os primatas hominoídes mais evoluídos. ( ) Os macacos antropoides (orangotango, gorila e chimpanzé e gibão) surgiram na Terra, mais ou menos, contemporaneamente ao Homem. ( ) Alguns homens primitivos, hoje extintos, descendem dos macacos antropoides. ( ) Na história evolutiva, os homens e os macacos antropoides tiveram um ancestral comum. ( ) Não existe relação de parentesco genético entre macacos antropoides e homens. B) Redija um parágrafo que descreva corretamente a árvore filogenética dos antropoides apresentada acima. As evidências genéticas Nas últimas décadas, foi desenvolvida uma nova abordagem para os estudos em evolução. Essa abordagem é conhecida como sistemática molecular e se transformou em uma ferramenta poderosa na biologia evolutiva, possibilitando aos cientistas evidências genéticas sobre o processo evolutivo. O progresso da sistemática molecular está relacionado ao desenvolvimento de novas técnicas que permitem o acesso às sequências de DNA dos genes de diferentes seres vivos, a criação de métodos para analisar os dados moleculares e o desenvolvimento de computadores que auxiliam nas análises dos resultados obtidos. Atualmente, nem todos os dados genéticos utilizados nos estudos evolutivos, originam do conhecimento das sequências de DNA. Existem outras fontes de informação, como comparação de proteínas e RNA mensageiros produzidos. Essas informações fornecem uma medida da distância genética entre as espécies que são comparadas. Segundo os pesquisadores desse campo, quando duas espécies divergem, mutações se acumulam independentemente no DNA das linhagens filhas. Com isso, espera-se que duas espécies com maiores diferenças nas suas sequências de DNA tenham uma ancestralidade comum mais antiga do que duas espécies que têm diferenças menores em seus genomas Leia atentamente o texto: Questão 5:

7 EXPRESSÃO GENÉTICA DIFERENCIA HUMANOS E CHIMPANZÉS Distinção mais quantitativa que qualitativa se manifesta, sobretudo em genes do cérebro. A principal distinção entre chimpanzés e humanos pode estar na expressão de genes em proteínas, sobretudo no cérebro. Embora as duas espécies de primatas compartilhem cerca de 99% do código genético, o modo como a informação codificada no DNA é convertida em diferentes proteínas pode ser a maior diferença entre elas. (...) O estudo indica que a distinção genética entre homens e chimpanzés não é qualitativa -- relativa à estrutura do DNA ou das proteínas codificadas pelos genes. Ela residiria, sobretudo na quantidade da expressão de genes em proteínas. Os pesquisadores notaram também que a forma como os genes se expressam nas duas espécies é mais diferenciada no cérebro do que em outras partes do corpo. Os cientistas compararam em amostras de sangue, fígado e cérebro de humanos e chimpanzés os níveis de RNA mensageiro -- molécula responsável pela conversão da informação codificada no DNA em proteínas. Para as amostras de fígado e sangue, constatou-se que os homens são mais próximos dos chimpanzés do que estes em relação a outros primatas. A comparação entre amostras de cérebro, no entanto, indicou que, no que diz respeito ao padrão de expressão dos genes, os chimpanzés são mais próximos de outros primatas que de humanos (...) Aguiar, Raquel. Ciência Hoje on-line. Disponível em: Sobre o texto acima e seus conhecimentos sobre evolução humana, responda as perguntas: A) Como as análises genéticas têm contribuído para o estudo da evolução humana? B) Qual hipótese sobre a distinção entre chimpanzés e humanos é apresentada no texto? C) Quais as conclusões sobre a expressão de proteínas em seres humanos e chimpanzés que foram apresentadas pelos cientistas? D) De acordo com as evidências apresentadas, quais as conclusões do estudo descrito no texto? QUESTÃO 6: Macaco evoluiu mais que humano Os cientistas acabam de desferir um novo golpe contra o orgulho da espécie humana, que já não andava mesmo muito bem das pernas. Uma comparação genética abrangente entre o DNA do Homo sapiens e o dos chimpanzés (Pan troglodytes) sugere que quem modificou mais nos últimos milhões de anos foram eles, e não nós. (...) O cálculo do trio indica que a evolução dos chimpanzés foi cerca de 50% mais veloz que a humana nesses 6 milhões de anos. Para chegar a esse número, os pesquisadores fizeram basicamente um trabalho comparativo: puseram lado o genoma de humanos, chimpanzés e macacos resos, parentes relativamente próximos dos grandes macacos que teriam se separado da nossa linhagem há 25 milhões de anos. Por ser um primo nem tão próximo e nem tão distante, o macaco reso é fundamental nessa história, pois funciona como termo de comparação para saber quando, ao longo da evolução, certas mudanças aconteceram na linhagem humana. Suponha, por exemplo, que uma mutação apareça tanto em humanos quanto em chimpanzés, mas não entre resos: o mais provável, nesse caso, é que ela tenha surgido após a separação da dupla humano-chimpanzé, mas antes que esses dois se separassem. Já uma característica genética compartilhada por resos e humanos, mas não por chimpanzés, provavelmente indica que quem mudou ao longo do tempo foram os chimpanzés (e não humanos e resos independentemente). E tudo isso acaba sugerindo quais são os traços genéticos únicos de cada espécie. No caso, após esse trabalho comparativo, os pesquisadores examinaram 14 mil genes de cada espécie, em busca de mudanças que poderiam ter sido favoráveis para a sobrevivência delas. Uma das "assinaturas" desse tipo de mudança é o fato de que uma dada alteração num trecho de DNA se reflita também numa alteração da proteína cuja receita está contida naquele gene. Isso é importante porque os genes não "fazem" nada no organismo: eles apenas contêm as instruções para a produção das proteínas, essas sim as verdadeiras responsáveis por fazer a coisa andar. E foi olhando para essas alterações nas proteínas que o trio de pesquisadores identificou 154 genes humanos que estavam sob pressão positiva da seleção natural, enquanto 233 genes de chimpanzés passavam pela mesma situação. E o curioso é que são genes aparentemente

8 "discretos" -- ligados a fatores sutis, como o metabolismo das células. Lopes, Reinaldo José Portal G1- Disponível em: A) Descreva como foi realizado o estudo apresentado no texto. B) Sugira o objetivo desse trabalho de pesquisa. C) Explique por que foi utilizado o macaco reso como espécie de comparação entre homens e chimpanzés. D) Discuta com seus colegas, porque os chimpanzés estariam mais sujeitos a pressão positiva da seleção natural dos que os seres humanos? Os australopitecíneos OS ANCESTRAIS DO HOMEM Como já mencionado, até menos de um século atrás, a ideia de que a espécie humana descendia de animais similares aos símios atuais estava restrita a alguns pesquisadores. Essa ideia começou a ganhar força na década de 20 do último século, quando o anatomista australiano Raymond Dart, descreveu um fóssil - um crânio - de um indivíduo imaturo semelhante a de um símio que foi encontrado na África do Sul. Ele identificou esse crânio como mais similar aos dos seres humanos do que aos símios. O fóssil possuía dentes caninos pequenos como os humanos, além de ter características de um animal bípede. Dart denominou essa espécie como Australopithecus africanus, que significa o antropoide do sul da África e classificou como a forma mais antiga se ser humano. Na época, essas conclusões foram muito criticadas, alguns cientistas afirmavam que Dart teria encontrado apenas restos de um jovem gorila. Porém, com o tempo foram encontrados novos fósseis de ancestrais humanos, - outros de Australopithecus africanus e de uma outra espécie do mesmo gênero, o Australopithecus robustus. Esses achados contribuíram para que a concepção de que os ancestrais humanos guardavam semelhanças com os símios atuais ganhasse larga aceitação. Figura: Reconstrução de Australopitecíneos feita a partir dos fósseis e de conhecimentos sobre anatomia de primatas (ilustrações: Fabrício Belmiro). No final dos anos 70, expedições ao leste africano de membros de uma família de paleoantropólogos, os Leakey forneceram um conjunto de novas espécies de australopitecíneos: Australopithecus boisei, Australopithecus afarensis, Australopithecus aethiopicus.as distintas espécies de australopitecíneos apresentavam diferentes adaptações ao nicho ambiental específico, mas tinham algumas características semelhantes como: bipedalismo, mandíbulas grossas, molares grandes e caninos pequenos. Os australopitecíneos parecem ter vivido em um ambiente mais aberto como as savanas arbustivas e savanas arbóreas. Supõem-se que alguns desses animais se alimentavam apenas de vegetais e outros se alimentariam de uma certa quantidade de carne. As datações realizadas pelos pesquisadores indicam que entre as espécies de australopitecíneos citadas acima a mais antiga seria a Australopithecus afarensis, cujos fósseis são datados entre 2,9 e 3,9 milhões de anos. Nas últimas décadas, novas descobertas apontam para fósseis tão ou mais antigos do que os A. afarensis. Esses espécimes incluem os

9 seguintes: Ardipithecus ramidus, da Etiópia, datados de 4,4 milhões de anos; o Australopithecus anamensis, do Quênia, de 4,2 milhões a 3,9 milhões de anos; e o Australopithecus bahrelghazali do Chade, com uma antiguidade estimada de 3 a 3,5 milhões de anos. Com esses achados, os mais recentes estudos sobre a evolução humana têm indicado que entre 3 e 2 milhões de anos atrás, o continente africano abrigava muitas espécies de hominídeos que dividiam o mesmo habitat, ou não. Além disso, atualmente se sabe que alguns desses animais não são ancestrais do homem moderno. QUESTÃO 7: Em julho de 2002, a descoberta de um fóssil trouxe novas possibilidades de se conhecer as origens da espécie humana. Um paleontólogo francês apresentou um crânio e os fragmentos de mandíbula encontrados por sua equipe num deserto do Chade, na África Central. Esse fóssil denominado de Sahelanthropus tchadensis ou Homem de Toumai - esperança de vida na língua local. Os pesquisadores apontam que ele é o mais antigo e o mais primitivo precursor da espécie humana. O Homem de Toumai reúne traços de símios e de hominídeos. Essa espécie de costas, provavelmente parecia um macaco, e exibia a caixa craniana do tamanho de um chimpanzé. Entre traços de hominídeos nota-se a face achatada e os pequenos dentes caninos. Com essa descoberta, foi possível propor a seguinte árvore filogenética: Fonte: NEVES, Walter. E no princípio era o macaco. Estudos Avançados 20 (58), Sobre o texto acima, responda o que se pede: A) Até recentemente, os pesquisadores acreditavam que o homem surgiu de um primata ancestral no período entre 5 e 6 milhões de anos. Observando a árvore filogenética apresentada acima, avalie por que a descoberta do Homem de Toumai foi considerada muito importante para reavaliar essa data. B) Os pesquisadores que encontraram o fóssil do Homem de Toumai afirmaram que se o Sahelanthropus nos mostra algo é que o último ancestral comum dos humanos e dos chimpanzés era bem diferente do chimpanzé atual. Mas por que deveríamos esperar que ele fosse igual aos nossos primos mais próximos? Explique por que para os paleontólogos o nosso último ancestral teria que realmente apresentar diferenças em relação aos chimpanzés encontrados atualmente nas florestas africanas.