03/05/2017 EVOLUÇÃO Prof. Leonardo F. Stahnke É o processo de sucessivas transformações das espécies ao longo das gerações TEORIAS EVOLUCIONISTAS CRIACIONISMO: Defendia a ideia de que as espécies foram criadas por um ato divino. FIXISMO: O número de espécies de seres vivos (criados por ato divino) é fixo e definitivo; não há modificações ao longo das gerações. TRANSFORMISMO: Acreditava que tudo que existia estava sofrendo mudanças (astros, relevos e seres vivos). EVOLUCIONISMO: A partir do Séc. XIX naturalistas começaram a defender a ideia de que as espécies se modificavam a partir de seus ancestrais (método científico). LAMARCKISMO: francês Jean-Baptiste Antoine de Monet (1744-1829), mais conhecido por seu título, o Cavaleiro de Lamarck. DARWINISMO: ingleses Charles Robert Darwin (1809-1882) e Alfred Russel Wallace (1823-1913). NEODARWINISMO: surgiu a partir das ideias de Darwin, considerando, além da seleção natural, a mutação gênica e a recombinação gênica. 1 03/05/2017 EVOLUCIONISMO Os seres vivos podem sofrer modificações ao longo do tempo; As espécies atuais originaram-se de outras preexistentes; A linha evolutiva ocorre no sentido de tornar a espécie melhor adaptada ao meio e com melhores condições de sobrevivência; EVOLUÇÃO REFERE-SE A ADAPTAÇÃO DA POPULAÇÃO, E NÃO DO INDIVÍDUO EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS REGISTRO FÓSSIL: Os fósseis são restos ou vestígios de seres vivos que viveram no passado e ficaram preservados. De maneira geral, os fósseis são encontrados nas rochas sedimentares em razão dos processos de compactação e cimentação dos sedimentos. As partes duras dos seres vivos, como dentes, ossos, conchas, carapaças e troncos, são facilmente fossilizadas e, portanto, predominam no registro fóssil (mineralização). As partes moles, como músculos e vísceras, dificilmente são preservadas em razão da rápida ação de decompositores. Também são consideradas fósseis as evidências fossilizadas (vestígios) das atividades dos seres vivos, como pegadas, ovos e fezes; os insetos conservados em resina vegetal solidificada (âmbar); os seres conservados em neves eternas (congelamento). A descoberta de um fóssil pode dar pistas sobre a geografia dos continentes no passado, a idade das rochas, a formação do relevo, as variações do nível do mar, as condições climáticas do passado, além de fornecer informações sobre os seres vivos que habitavam o planeta em determinada época (semelhanças e diferenças com os seres vivos atuais, seu comportamento, reprodução, alimentação, interação com outros organismos e compreender o parentesco evolutivo entre eles). 2 03/05/2017 EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS Representação esquemática da formação de um fóssil em um estuário de rio. Os sedimentos trazidos pelo rio depositam-se sobre um animal morto, preservandoo da decomposição. As rochas sedimentares se formam como camadas sobrepostas, de modo que os fósseis encontrados em camadas mais profundas são mais antigos que os das camadas mais superficiais. 3 03/05/2017 EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS REGISTRO FÓSSIL: Os combustíveis fósseis são aquelas fontes de energia que se originaram há milhares de anos a partir de seres vivos que foram soterrados em um ambiente de água rasa (como um pântano, um lago ou uma praia), sem oxigênio. O carvão mineral, o petróleo e o gás natural são os combustíveis fósseis mais utilizados e conhecidos e todos eles foram formados por causa da pressão que o solo fez sobre eles e devido ao grande calor existente no interior da Terra. O carvão mineral é formado a partir de troncos de plantas que começaram a se decompor, mas foram soterrados e compactados, impedindo que esse processo fosse finalizado. Desse modo, grandes quantidades de Carbono (que originam a palavra “Carvão”), foram acumuladas, formando o carvão mineral que foi, por muitos anos, utilizado como combustível para automóveis, navios e trens (“Maria-fumaça”) movidos à vapor. Atualmente é usado em usinas termoelétricas para produção de energia elétrica a partir do calor de sua queima. 4 03/05/2017 EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS REGISTRO FÓSSIL: O petróleo é formado no subsolo marinho, a partir da decomposição de pequenos animais e vegetais, principalmente algas. Através de seus derivados podemos obter outros combustíveis (como a gasolina, óleo diesel, óleo combustível, o gás de cozinha, etc) e ainda, subprodutos utilizados na produção do asfalto, tintas, plástico, borracha sintética (pneus), medicamentos, roupas, etc. O gás natural é produzido juntamente com o petróleo, sendo resultante da pressão que aqueles organismos sofreram. O gás que sai desse processo fica acumulado entre os espaços vazios das rochas e é utilizado diretamente como combustível. Irradiação Adaptativa: Processo em que, a partir de um ancestral comum, ocorre a formação de outras espécies adaptadas às condições ambientais distintas. Convergência Evolutiva: Processo em que espécies pouco aparentadas, mas sob as mesmas condições ambientais, apresentam estruturas semelhantes. EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS ÓRGÃOS HOMÓLOGOS: Apesar dos diferentes ambientes aos quais vivem os forçarem a evoluir de modo diferente, podemos observar que todos os animais acima possuem os mesmos ossos dando sustentação e movimento ao membro anterior. Por terem a mesma origem embrionária, ou seja, terem um ancestral comum mamífero, mas funções diferentes, chamamos esses órgãos de homólogos. ÓRGÃOS ANÁLOGOS: Se observarmos, entretanto, a asa de um morcego, de uma ave e de um inseto, notamos que apesar de todos terem a mesma função (voo), cada grupo animal desses possui uma origem embrionária diferente. Desse modo, chamamos esses órgãos de análogos. 5 03/05/2017 EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS ÓRGÃOS VESTIGIAIS: Atrofiados em alguns grupos e desenvolvidos e funcionais em outros. EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS EMBRIOLOGIA COMPARADA: Semelhança no desenvolvimento embrionário sugere ancestralidade comum. 6 03/05/2017 EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS BIOQUÍMICA: Citocromo c Humanos e Chimpanzés são iguais; Humanos e Baleias: 8 aminoácidos em posições diferentes; Humanos e Aves: 13 aminoácidos em posições diferentes; Humanos e Peixes: 20 aminoácidos em posições diferentes; Humanos e Fungos: 41 aminoácidos em posições diferentes. As proteínas são os constituintes fundamentais de qualquer ser vivo e todas as formas atuais de vida têm proteínas formadas pelos mesmos 20 tipos de aminoácido. Os biólogos evolucionistas acreditam que os seres vivos têm proteínas semelhantes porque herdaram de seus ancestrais o sistema de codificação genética para produzi-las, basicamente o mesmo em todas as formas atuais de vida do planeta. Um exemplo é a comparação da sequência de aminoácidos do citocromo c, uma proteína com pouco mais de uma centena de aminoácidos, presente na maioria das espécies. EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS VARIAÇÃO GEOGRÁFICA: De forma geral, o padrão de distribuição geográfica das espécies pode ser explicado por uma sequência de eventos que incluem a origem, a dispersão e a modificação das espécies. Deriva Continental 7 03/05/2017 LAMARCKISMO A TRANSFORMAÇÃO DAS ESPÉCIES OCORRE PORQUE "O AMBIENTE IMPÕE MODIFICAÇÕES SOBRE OS SERES VIVOS, QUE TÊM DE SE MODIFICAR PARA SE ADAPTAR ÀS NOVAS CONDIÇÕES". LEI DO USO E DESUSO: O uso de uma estrutura faz com que ela se desenvolvesse (hipertrofia), enquanto a falta de uso levaria à sua regressão (atrofia). O MEIO É CAUSADOR LAMARCKISMO LEI DA HERANÇA DOS CARACTERES ADQUIRIDOS: As características adquiridas por um indivíduo ao longo da vida, por meio do uso e desuso, são transmitidas aos descendentes, ou seja, modificações adquiridas por um organismo em razão de mudanças do ambiente seriam herdadas por seus filhos (transmissão hereditária). ***Com os conhecimentos atuais sobre herança das características, sabe-se que uma característica adquirida durante a vida só é passada aos descendentes em decorrência de uma alteração genética nos gametas. 8 03/05/2017 DARWINISMO OS SERES VIVOS PRODUZEM GRANDE QUANTIDADE DE “UNIDADES REPRODUTIVAS” MAS O SEU NÚMERO PERMANECE RELATIVAMENTE ESTÁVEL NA MAIORIA DAS ESPÉCIES. ISTO SE DEVE A COMPETIÇÃO PELOS RECURSOS DO AMBIENTE. EM UMA POPULAÇÃO ENCONTRAMOS GRANDE VARIAÇÃO DE SERES VIVOS QUANTO À FORMA E COMPORTAMENTO. TAIS VARIAÇÕES PODEM SER TRANSMITIDAS DE UMA GERAÇÃO PARA OUTRA. MANTÉM OS INDIVÍDUOS PORTADORES DE VARIAÇÕES FAVORÁVEIS E ELIMINA OS INDIVÍDUOS PORTADORES DE VARIAÇÕES DESFAVORÁVEIS Aprimoramento da espécie. O MEIO É SELECIONADOR DARWINISMO Darwin navegou por 20 anos como naturalista de bordo do HMS Beagle, para mapear áreas desconhecidas. • Fósseis de Megatério semelhantes as atuais preguiças. • Cordilheira dos Andes: Fósseis de animais marinhos. • Arquipélago de Galápagos: Tentilhões com bicos adaptados a diferentes hábitos alimentares. 9 03/05/2017 DARWINISMO DARWINISMO SELEÇÃO NATURAL: A diversificação das espécies e a adaptação delas ao ambiente ocorrem pelo processo de seleção natural que atua ao longo de várias gerações. Partindo do mesmo ancestral comum, as espécies divergiram, acumulando características que as distinguem atualmente e as tornam adaptadas aos seus ambientes. Fatos que fundamentam essa teoria: Há uma variabilidade natural não apenas entre as espécies, mas também no interior da mesma espécie, e muitas dessas características diferentes são transmitidas para os descendentes. O crescimento das populações naturais é limitado pela falta de recursos, como abrigo e alimento. Apenas os indivíduos com características mais favoráveis terão acesso aos recursos e, portanto, terão mais chances de sobreviver e de se reproduzir, transmitindo essas características aos descendentes. 10 03/05/2017 Watermelons, peaches, pears and other fruit in a landscape, pintura em óleo sobre tela de Giovanni Stanchi feita no século XVII. DARWINISMO SELEÇÃO ARTIFICIAL: Quando a seleção de características é feita pelo ser humano. Isso ocorre há muito tempo, principalmente na agricultura e na criação de animais, produzindo novas variedades de organismos com características desejáveis. Nesse processo, os criadores selecionam os indivíduos com as características de interesse e os cruzam entre si, originando descendentes, parte dos quais também apresenta essas características. Após numerosas gerações, espera-se que a população seja composta predominantemente de indivíduos com as características desejadas. DARWINISMO ADAPTAÇÃO: As adaptações correspondem a características que foram selecionadas ao longo de gerações por meio do processo de seleção natural e que conferem melhor desempenho à população no ambiente que habita. Adaptações à temperatura ambiental: Calor: vida noturna, uso de tocas, transpiração, ofegação, presença de amplas extremidades corpóreas com grande vascularização, características que permitem a perda do excesso de calor do sangue para o ambiente (orelhas do elefante). Frio: pelagem espessa, grossa camada de gordura sob a pele (que funciona como reserva energética e isolante térmico), hibernação, migração, plantas com casca espessa e folhas caducifólias (que caem no outono) no formato de agulha. Adaptações à disponibilidade hídrica: Plantas com grande quantidade de cera nas folhas, redução da superfície foliar, modificação das folhas em espinhos, perda das folhas na época seca do ano, raízes profundas, raízes tuberosas e tecidos armazenadores de água (cactos). Animais com produção de urina muito concentrada, elevada absorção de água no intestino e revestimento corpóreo impermeável (escamas dos répteis e o exoesqueleto dos artrópodes). 11 03/05/2017 DARWINISMO ADAPTAÇÃO: Camuflagem: É a capacidade que um organismo tem de se “disfarçar”, confundindo-se com o que está ao redor, apresentando a forma do corpo (HOMOTIPIA) e/ou a coloração (HOMOCROMIA) semelhantes à de parte do ambiente. A camuflagem confere mais eficiência aos predadores, pois há maiores chances de a presa não notar a sua aproximação, e também serve de proteção para as presas, tornando-as alvos menos visíveis para os predadores. Mimetismo: Organismos de espécies diferentes apresentam alguma semelhança, que é reconhecida por outras espécies. Coloração Aposemática (alerta): Certas espécies tóxicas ou desagradáveis ao paladar apresentam um padrão de cores vivas e uniformes que serve de alerta aos seus predadores, que aprendem a evitá-las. DARWINISMO SELEÇÃO SEXUAL: É um tipo de seleção natural onde os indivíduos com características que os tornam mais aptos a encontrar um parceiro sexual são selecionados positivamente. Em algumas espécies as fêmeas selecionam os machos com os quais irão se reproduzir, considerando sua capacidade de obter alimento, construir abrigo ou ausência de doenças. Em outras espécies os machos competem fisicamente pelas fêmeas, garantindo a transmissão daqueles com genes de chifres maiores, garras mais fortes, etc. 12 03/05/2017 DARWINISMO ESPECIAÇÃO: Uma espécie é formada por um grupo de indivíduos capazes, em condições naturais, de se reproduzir, dando origem a indivíduos férteis. O processo de formação de novas espécies, denominado especiação, é de maneira geral um processo muito demorado, que pode levar milhões de anos e ocorrer de diferentes maneiras. Isolamento Geográfico Isolamento Reprodutivo Envolve o estabelecimento de uma barreira geográfica, como a formação de uma cadeia de montanhas, o desvio de um rio ou a redução de um lago a poças. Ocorre quando as populações acumularam tantas modificações que a reprodução tornase impossível entre elas, mesmo que o isolamento geográfico deixasse de existir. A barreira geográfica divide uma população de determinada espécie em dois grupos, isolados um do outro. Isolamento Pré-zigótico: ocorre antes da formação do zigoto, quando o acasalamento é impedido por diferenças comportamentais, morfológicas ou épocas de acasalamento. Isolamento Pós-zigótico: ocorre depois da formação do zigoto, quando há a formação de um indivíduo estéril. O diagrama do cruzamento entre uma égua (Equus caballus) e um jumento (Equus asinus) gera um descendente híbrido e infértil. 13 03/05/2017 ESPECIAÇÃO SIMPÁTRICA ESPECIAÇÃO ALOPÁTRICA DARWINISMO ESPECIAÇÃO: Simpátrica (Anagênese) As novas espécies são formadas no mesmo ambiente, sem ter havido isolamento geográfico, dependendo diretamente de fatores genéticos que se acumularam ao longo do tempo. Alopátrica (Cladogênese) As novas espécies são formadas em ambientes diferentes – isolamento geográfico. ANAGÊNESE CLADOGÊNESE 14 03/05/2017 Observando o “ramo” desta árvore filogenética referente ao Reino Animal, podemos notar oito filos de invertebrados e um filo de vertebrados. Cada ramificação nova que parte de um filo, separa os seres vivos em classes diferentes (Ex: Filo Arthropoda se divide nas classes dos Crustáceos, Aracnídeos, Insetos, Diplópodes e Quilópodes). Se um “ramo filogenético” de classe se ramifica, encontraremos ali descritos, o nível de ordem (Ex: Classe Anfíbios se divide nas ordens Ápodes, Urodelos e Anuros). Se o nível de ordem se ramifica, teremos famílias, e assim ocorre a divisão até o nível de espécie. (OBS: Para aves e mamíferos a classificação expressa o nível de grupo, não de ordem). As bifurcações de cada galho da árvore (nós) representam uma modificação nas características dos seres que o levaram a diferenciarse de todos os demais. Protostômios Deuterostômios Triblástico Celomado Triblástico Pseudocelomado Triblástico Acelomados Sem tecido verdadeiro Diblástico 15 03/05/2017 Homo naledi (?) http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/noticia/2015/09/antiga-especie-do-genero-humano-e-descoberta-na-africa-do-sul.html 16 03/05/2017 NEODARWINISMO ou TEORIA SINTÉTICA DA EVOLUÇÃO MUTAÇÕES E RECOMBINAÇÃO GÊNICA (CROSSING-OVER) PROMOVEM A VARIAÇÃO DA ESPÉCIE. MUTAÇÕES ACONTECEM AO ACASO. LUTA PELA VIDA CORRESPONDE À LUTA CONTRA O MEIO E NÃO CONTRA OUTROS INDIVÍDUOS. SELEÇÃO NATURAL É AMPLAMENTE ACEITA. ISOLAMENTO GEOGRÁFICO OU SEXUAL ATUA NA FORMAÇÃO DE NOVAS ESPÉCIES. NEODARWINISMO As mutações e as recombinações gênicas são responsáveis pelas variações hereditárias. Novos alelos originados por mutações misturam-se em novas recombinações gênicas, garantindo que os indivíduos das espécies com reprodução sexuada sejam geneticamente variados a cada geração. 17 03/05/2017 NEODARWINISMO As mutações e as recombinações gênicas são responsáveis pelas variações hereditárias. Novos alelos originados por mutações misturam-se em novas recombinações gênicas, garantindo que os indivíduos das espécies com reprodução sexuada sejam geneticamente variados a cada geração. • Mantida pelas mutações (que ocorrem ao acaso, ao longo da história evolutiva VARIABILIDADE GENÉTICA: da espécie) e pela recombinação gênica, as diferenças genéticas entre os que ocorre em cada geração. indivíduos de uma população. • Determinada pela seleção natural, que atua selecionando os indivíduos mais aptos a sobreviver e reproduzir em cada contexto evolutivo de uma população. NEODARWINISMO RECOMBINAÇÃO GÊNICA GERAM MUTAÇÃO SELEÇÃO ATUA VARIABILIDADE NATURAL SOBRE GENÉTICA PROMOVE ADAPTAÇÃO 18 03/05/2017 FATORES EVOLUTIVOS MUTAÇÃO GÊNICA MODIFICAÇÃO BRUSCA DO MATERIAL GENÉTICO PASSÍVEL DE SER TRANSMITIDA À DESCENDÊNCIA. AUMENTA A VARIABILIDADE GENÉTICA. MUTAÇÕES POSITIVAS PERMANECEM; MUTAÇÕES NEGATIVAS TENDEM A DESAPARECER. RECOMBINAÇÃO GÊNICA NOVAS COMBINAÇÕES DE GENES PROMOVIDAS PELO “CROSSING-OVER” OU PERMUTAÇÃO E PELA FECUNDAÇÃO. AUMENTA A VARIABILIDADE GENÉTICA. SELEÇÃO NATURAL FATOR QUE SELECIONA OS INDIVÍDUOS MAIS ADAPTADOS A UMA DETERMINADA CONDIÇÃO ECOLÓGICA E ELIMINA OS MENOS ADAPTADOS ÀQUELA CONDIÇÃO. DIMINUI A VARIABILIDADE GENÉTICA. MIGRAÇÃO (FLUXO GÊNICO) PROMOVE ALTERAÇÕES NA FREQUÊNCIA GÊNICA DE UMA POPULAÇÃO EM EQUILÍBRIO. AUMENTA A VARIABILIDADE GENÉTICA. OSCILAÇÃO GÊNICA TAMBÉM CHAMADA DERIVA GÊNICA. SÃO VARIAÇÕES BRUSCAS DA FREQUÊNCIA DE UM DETERMINADO GENE, EM UMA POPULAÇÃO PEQUENA, POR MECANISMOS CASUAIS. PODE PROVOCAR O DESAPARECIMENTO DE UMA CARACTERÍSTICA E O SURGIMENTO DE OUTRAS. GENÉTICA DE POPULAÇÕES G. H. Hardy (matemático) e W. Weinberg (médico) “Os cruzamentos entre os indivíduos ocorrem ao acaso”. Frequência de um par de alelos é dada matematicamente. p = frequência do alelo dominante. q = frequência do alelo recessivo. Frequência total = 100% – logo: p + q = 1 Frequência de um alelo: f(alelo) = nº total de alelos / nº total de lócus 19 03/05/2017 GENÉTICA DE POPULAÇÕES Sabendo-se as frequências pode-se: • calcular a frequência de Homozigotos (dom./rec.); • calcular a frequência de Heterozigotos. Lembre-se: • Homozigotos – um mesmo gene duas vezes logo: p x p = p2 e q x q = q2 • Heterozigotos – evento simultâneo (óvulo/esperm.) logo: p x q / 2pq = 2 x p x q Total de indivíduos – 100% • logo: (p + q) 2 = 1 ou p2 + 2pq + q2 = 1 GENÉTICA DE POPULAÇÕES 20 03/05/2017 PRINCÍPIO DE HARDY-WEINBERG Estabelece um padrão teórico para o comportamento gênico ao longo das gerações. Na prática, nos ajuda a perceber se uma população se encontra ou não em equilíbrio, chamando a atenção para os possíveis fatores evolutivos que estão atuando. O princípio de Hardy-Weinberg diz que na ausência de fatores evolutivos as frequências gênicas se mantêm constantes em uma população teórica Sempre há fatores evolutivos em ação nas populações reais. No entanto a lei de Hardy-Weinberg é importante porque permite determinar quanto e como o equilíbrio de uma população está sendo afetado pelos fatores evolutivos. Quando aplicado em uma população para o acompanhamento de um conjunto de genes temos, através das gerações, o chamado – pool gênico ou estoque de genes. PRINCÍPIO DE HARDY-WEINBERG Os principais fatores que afetam o equilíbrio gênico são a mutação, a seleção, a migração e a deriva gênica. • • Mutação e frequências gênicas: A mutação, processo pelo qual um alelo se transforma em outro, pode alterar a frequência gênica de uma população. Se a taxa de mutação de um gene A para seu alelo a for maior do que a taxa de mutação inversa (a à A), ocorrerá aumento na frequência do alelo a e a diminuição na frequência de A. Seleção e frequências gênicas: Dependendo de sua constituição gênica, um indivíduo pode apresentar maior ou menor chance de sobreviver e se reproduzir. Ex: Mariposas portadoras de genótipo para a cor escura são mais intensamente caçadas pelos pássaros do que as mariposas claras, em áreas não-poluídas. Por isso, a frequência do gene que condiciona cor escura permanece baixa. Nas áreas poluídas ocorre o contrário: as mariposas mais intensamente caçadas pelos pássaros são as de cor clara. Com isso, aumenta a frequência de mariposas escuras e a frequência do alelo que condiciona esta característica (Melanismo Industrial). 21 03/05/2017 PRINCÍPIO DE HARDY-WEINBERG Os principais fatores que afetam o equilíbrio gênico são a mutação, a seleção, a migração e a deriva gênica. • Migração e frequências gênicas: As diferentes populações de uma mesma espécie nem sempre são isoladas. Indivíduos podem migrar, incorporando-se a uma população (imigração) ou saindo dela (emigração) e, desse modo, podem alterar sua constituição gênica. Ex: Se uma população constituída apenas por pessoas de olhos azuis migrar para uma região onde a maioria das pessoas tenham olhos castanhos, haverá aumento da frequência do alelo que condiciona olhos azuis e diminuição correspondente na frequência do alelo que condiciona olhos castanhos. PRINCÍPIO DE HARDY-WEINBERG Os principais fatores que afetam o equilíbrio gênico são a mutação, a seleção, a migração e a deriva gênica. • Deriva gênica: Desastres ecológicos (incêndios florestais, inundações, desmatamentos, etc.), podem reduzir tão drasticamente o tamanho de uma população que os poucos sobreviventes não são amostras representativas da população original, do ponto de vista genético. Por acaso, e não por critérios de adaptação, certos alelos podem ter a sua frequência subitamente aumentada, enquanto os outros alelos podem simplesmente desaparecer (Princípio do Fundador). 22