Biologia - Histórico e Interações da Vida 1.1 Um ser vivo só surge a
Propaganda
Biologia - Histórico e Interações da Vida O início da vida na Terra 1. O INÍCIO DA VIDA NA TERRA “A vida, tal como o calor; não é uma coisa ou um fluido. O que observamos são alguns conjuntos inusitados de objetos, separados do resto do mundo por certas propriedades peculiares, como crescimento, reprodução e modos especiais de lidar com a energia. A esses objetos escolhemos chamar ‘seres vivos’.” ROBERT MORISON, in MARGULIS, LYNN, SAGAN, DORION. O que é vida? Rio de Janeiro: Jorge Zahar, 2002. As várias formas de vida existentes no planeta, os hábitos das espécies e os meios utilizados por elas para sobrevivência são surpreendentes e, desde muito tempo, instigam a curiosidade dos pesquisadores, a começar do princípio: como teria surgido a vida no planeta? Há tempos tentamos observar, analisar, discutir, propor e, principalmente, rematar sobre os mecanismos envolvidos com a fascinante história da vida. 1.1 Um ser vivo só surge a partir de outro semelhante o longo de séculos, diversas pesquisas foram desenvolvidas na tentativa de compreender o processo A reprodutivo das espécies e, entre esses, alguns se destacaram seja pela simplicidade, pelo contexto em que foram desenvolvidos ou pela Moscas capacidade de comprovarem ou refutarem ideias da época. No tempo de Aristóteles (384-322 a.C.), embora o processo Gaze sexuado de reprodução fosse evidente para algumas espécies, as observações de larvas de moscas aparecendo nos lixos ou de girinos Larvas aparecendo em poças d’água sugeriam que alguns seres vivos brotavam a partir da matéria bruta. Essa ideia persistiu por muito Matéria orgânica tempo, constituindo a base de um pensamento predominante até em decomposição meados do século XIX, a chamada Teoria da Abiogênese (a = sem, Experimento de Redi. bio = vida, gênese = formação) ou Geração Espontânea. De acordo Disponível em: com essa Teoria, a matéria bruta inorgânica apresentava uma força <http://sites.google.com/siteorigendelavidaenlatierra>. Acesso em: 21 set. 2011. ou um princípio ativo capaz de gerar vida. No século XVII, o biólogo italiano Francesco Redi (1626-1697), procurando compreender o processo de formação de vermes, colocou pedaços de carne em frascos de vidros, mantendo alguns frascos abertos e outros fechados com gaze. Alguns dias depois, nos frascos abertos, apareceram “vermes” nos pedaços de carne que, posteriormente, deram origem a moscas. Nos frascos fechados com gaze, não apareceram “vermes”, mostrando que eles só apareciam a partir de moscas. O experimento tornou-se, então, um modelo para a defesa da Teoria da Biogênese, segundo a qual um ser vivo só pode se originar a partir de um outro ser vivo. Todavia, a Geração Espontânea continuou sendo considerada válida pelo menos para alguns organismos, como os micro-organismos, recém-descobertos com o desenvolvimento dos microscópios, e os vermes intestinais. No século seguinte, novos trabalhos desenvolvidos deixaram brechas para discussões, como ocorreu com o cientista inglês John Needham (1713-1781) e o padre italiano Lazzaro Spallanzani (1729-1799). Needham colocou caldo nutritivo em um frasco, ferveu e o fechou. Dias depois, quando Needham observou o frasco, percebeu que este estava escuro, provavelmente devido à presença de micro-organismos. Dessa forma, o pesquisador concluiu que esses micro-organismos haviam se formado a partir da matéria bruta contida no frasco de vidro. Spallanzani repetiu o experimento, mas aquecendo a solução por mais tempo e mantendo o frasco hermeticamente fechado. Dias após o experimento, a solução continuava límpida, sem micro-organismos. Spallanzani concluiu que Needham havia fervido pouco o frasco, permitindo que alguns micróbios permanecessem vivos. Needham retrucou, alegando que Spallanzani havia fervido demais o frasco, e, portanto, havia destruído o princípio vital da matéria bruta. Com isso, o embate Abiogênese x Biogênese continuou. 77 Biologia - Histórico e Interações da Vida 78 O início da vida na Terra Apenas no século XIX, o cientista francês Louis Pasteur (1822-1895) elaborou uma série de experimentos que forneceram provas mais concretas a favor da Teoria da Biogênese. Na época de Pasteur, já se sabia que o ar estava repleto de micro-organismos. Pegando frascos de gargalo longo, Pasteur os recurvou, para que adquirissem a forma de “pescoço de cisne”. Colocando dentro desses frascos solução nutritiva, Pasteur os aqueceu e os manteve abertos, para permitir a entrada de gás oxigênio. Após muito tempo, os frascos continuavam com a solução límpida, indicando que não havia ocorrido contaminação. Todavia, logo depois que Pasteur quebrava os gargalos, a solução tornava-se escura. Para explicar esses resultados, Pasteur alegou que os gargalos “pescoço de cisne” impediam a entrada de micro-organismos pelo ar, o que não estaria acontecendo com os frascos normais. Portanto, a ideia de que os seres vivos se formavam a partir da matéria bruta contida no frasco estava incorreta. 2 Ao esfriar o caldo, o ar podia entrar, mas os micro-organismos permaneciam retidos no gargalo "pescoço de cisne". Assim, a solução nutritiva permanecia estéril e límpida. 1 3 Solução nutritiva foi colocada em um frasco com gargalo recurvado (pescoço de cisne) e aquecida durante um tempo suficiente para provocar a morte de todos os micro-organismos. Quebrando o gargalo “pescoço de cisne”, a solução tornava-se escura devido à contaminação e proliferação de micro-organismos que agora podiam entrar com o ar. Experimento de Pasteur. Desse experimento, surgiu o termo pasteurização. Você sabe explicar por quê? Disponível em: <http://www.portaleureta.com>. (Adaptado) Acesso em: 20 ago. 2011. Saiba mais Um médico belga, chamado Van Helmont (1579-1644), adepto da Teoria da Geração Espontânea, chegou a formular uma receita para a produção de roedores: “Se comprimirmos uma camisa suja no orifício de um recipiente contendo grãos de trigo, o fermento que sai da camisa suja, modificado pelo odor do grão, produz a transmutação do trigo em camundongos em aproximadamente 21 dias [...]”. Um dos erros de Van Helmont, que o induziu a acreditar em sua teoria, foi não seguir as etapas do método científico tal como nós as utilizamos atualmente. Elabore um experimento controlado capaz de comprovar que a receita do pesquisador é falha. 1.2 Como surgiu o primeiro ser vivo na Terra? om a comprovação da Teoria da Biogênese, ficou claro que um ser vivo, por mais simples que seja, só C pode surgir a partir de outro ser vivo semelhante. Mas como teria se formado o primeiro ser vivo? As primeiras teorias Na época em que os pesquisadores buscavam as explicações para o surgimento dos seres vivos, as religiões eram bastante influentes nas ciências. Assim, uma hipótese a respeito da origem do primeiro ser vivo, conhecida como Criacionista, diz que todos os seres vivos teriam sido formados por um Ser ou por uma Força Superior. Essa ideia, na realidade, refere-se muito mais a uma questão de fé do que de ciência, pois não temos meios de prová-la nem de negá-la. Biologia - Histórico e Interações da Vida O início da vida na Terra Uma outra proposta, conhecida como Panspermia Cósmica, sugere que o primeiro ser vivo da Terra teria aparecido a partir de um cometa que colidiu com o planeta. Essa ideia apresenta dois inconvenientes: em primeiro lugar, nenhum ser vivo existente na Terra conseguiria sobreviver ao impacto provocado por um cometa na atmosfera terrestre. Em segundo, mesmo que ficasse provado que o primeiro ser vivo veio de um outro planeta, a pergunta principal, como surgiu esse primeiro ser vivo, não seria respondida. Os seres vivos surgiram através da evolução química Os seres vivos nada mais são do que um aglomerado de moléculas inorgânicas e orgânicas, estrutural e fisiologicamente organizadas, capazes de manter suas condições internas e seu metabolismo constantes. Sendo assim, a ideia mais cientificamente aceita para explicar a origem do primeiro ser vivo é a Evolução Química, proposta na década de 1920 pelo bioquímico russo A. I. Oparin e pelo biólogo inglês J. B. S. Haldane. De acordo com essas ideias, a Terra teria aproximadamente 4,5 bilhões de anos. No início, sua atmosfera apresentava uma composição química muito diferente da atual. Havia os gases metano (CH4), hidrogênio (H2), amônia (NH3) e vapor-d’água (H2O) – gases que apresentam os elementos químicos mais encontrados nas moléculas orgânicas dos seres vivos: carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio. As condições da atmosfera também, provavelmente, não eram semelhantes às condições atuais. Como não havia oxigênio, também não havia camada de ozônio. Assim, a superfície terrestre estaria sujeita a uma maior incidência de radiação ultravioleta. Como a temperatura da superfície da Terra era mais alta, a água evaporava com maior rapidez, de forma que as tempestades eram mais frequentes. A alta temperatura, as descargas elétricas e a radiação ultravioleta teriam fornecido energia para permitir as reações entre os gases da atmosfera. Com a reação entre esses compostos, começou a ocorrer a formação de moléculas orgânicas simples. Essas teriam sido arrastadas para os mares junto com as chuvas, continuaram a reagir Energia e teriam se acumulado nos mares antigos, formando o que Oparin e Haldane chamaram de “sopa nutritiva”. A partir daí, as moléculas orgânicas formadas começaram a se associar e a formar aglomerados isolados do meio ambiente. Esses agregados de moléculas moléculas orgânicas moléculas orgânicas orgânicas foram chamados de coacervados simples complexas ou coacervatos. Mesmo isoladas, as gotas de coacervatos Aglomerado de podiam realizar trocas de substâncias proteína com o meio externo e, em seu interior, provavelmente ocorriam várias reações. Todavia, só consideramos surgimento da vida após a formação dos ácidos nucleicos: DNA e RNA, e, com eles, a capacidade Moléculas de água Coacervatos de reprodução e evolução, principais características dos seres vivos. Eventos iniciais na formação da vida. Disponível em: <www.salonhogar.net>. (Adaptado) Acesso em: 20 ago. 2011. 79 Biologia - Histórico e Interações da Vida 80 O início da vida na Terra A teoria de Oparin e Haldane foi revitalizada em Vapor d-água 1953 pelo experimento do estudante Stanley L. Miller, da Universidade de Chicago. Nesse experimento, Miller Descargas CH elétricas demonstrou que os gases metano, hidrogênio, amônia Saída de NH vapor e vapor-d’água, se expostos às mesmas condições da HO atmosfera primitiva, poderiam originar moléculas H orgânicas simples, como, por exemplo, os aminoácidos. Mais tarde, em 1957, o pesquisador americano Água quente Condensador Sidney Fox mostrou que, nos mares primitivos, poderia Água fria ter ocorrido a formação dos coacervatos. Fox aqueceu moléculas de proteína em água salgada e observou a formação de microesferas, semelhantes aos coacervatos propostos por Oparin. Água com Até hoje, ninguém conseguiu dar continuidade a moléculas orgânicas essa sequência e demonstrar que os coacervatos podem Água fervente Esquema do aparelho utilizado no experimento de Miller. dar origem aos seres vivos; e é improvável que ainda o Disponível em: <http://itc.gsw.edu>. Acesso em: 20 ago. 2011. façam. Todavia, com os experimentos de Miller e Fox, ficou provado que a teoria de Oparin tem fundamento, mas dificilmente saberemos como o processo ocorreu exatamente. Eletrodos 4 3 2 2 1.3 O que os seres vivos têm afinal? C omparar qualquer ser vivo aos coacervatos de Oparin ou às microesferas produzidas artificialmente é o mesmo que reduzi-los a simples sistemas capazes de isolar parcialmente o meio que os circundam. Os seres vivos são muito mais complexos e gozam de uma série de características ausentes na matéria bruta. Graças ao material genético, reproduzem-se e evoluem Por mais diferentes que sejam, todos os organismos vivos apresentam pelo menos um tipo de ácido nucleico: DNA e/ou RNA, o que dá a eles a capacidade de reprodução e evolução. A reprodução refere-se à capacidade de um organismo gerar descendentes semelhantes. A evolução refere-se às adaptações das espécies ao ambiente, decorrentes de alterações no material genético. Cada uma das alterações com possibilidade de ser transmitida aos descendentes é denominada mutação e, através da seleção natural, será capaz de permitir a adaptação da espécie ao meio em que vive. Uma mistura organizada de moléculas orgânicas e inorgânicas Quando comparamos a composição química de estruturas não vivas com a composição dos organismos vivos, observamos que os seres vivos são muito mais complexos. Os elementos mais encontrados nos seres vivos são o carbono, o hidrogênio, o Proporção das substâncias nitrogênio, o oxigênio, o fósforo e o enxofre. Água (75 - 85%) Esses elementos podem estar associados formando dois grupos de moléculas, Proteínas (10 - 15%) estrutural e funcionalmente, bem integradas: Lipídios (2 - 3%) as substâncias inorgânicas, como água e sais minerais, que também são encontradas na matéria bruta, e as orgânicas como, por Açúcares (1%) exemplo, proteínas, carboidratos, ácidos Ácidos nucleicos (1%) nucleicos e outras. Outras substâncias Das bactérias aos mamíferos, as proporções dessas moléculas são bastante semelhantes, 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Composição química dos seres vivos (porcentagens aproximadas). constituindo um forte argumento a favor da Disponível em: <http://itc.gsw.edu>. (Adaptado) origem comum da vida. Acesso em: 20 ago. 2011. Biologia - Histórico e Interações da Vida 81 O início da vida na Terra A maioria apresenta organização celular Juntamente com as moléculas inorgânicas, as moléculas orgânicas dos seres vivos organizam-se para originar a célula. Com exceção dos vírus, todos os seres vivos apresentam organização celular. Os organismos formados por célula podem ser chamados de unicelulares, quando apresentam apenas uma célula, como as bactérias e as amebas, ou multicelulares, quando apresentam várias células, como os animais e as plantas. Esquema de uma célula eucariótica. Disponível em: <http://millville.sps.edu>. (Adaptado) Acesso em: 21 ago. 2009. Parede Celular Membrana Plasmática DNA bacteriano Ribossomo Plasmídio Esquema de uma célula procariótica. Disponível em: <http://folk.uio.no>. (Adaptado) Acesso em: 21 ago. 2009. De acordo com a complexidade, as células podem ser procarióticas ou eucarióticas. As células procarióticas são mais simples; apresentam o material genético disperso no citoplasma e possuem apenas organelas não membranosas (não delimitadas por membrana lipoproteica). As células eucarióticas, mais complexas, apresentam material genético separado do resto do citoplasma por uma membrana denominada envoltório nuclear ou carioteca, além de uma grande variedade de organelas, membranosas e não membranosas. Os seres vivos necessitam de nutrientes Todos os organismos celulares dependem de nutrientes, que são produzidos pelo próprio organismo ou obtidos através da alimentação. Os seres vivos que produzem o próprio alimento, como as plantas e algumas bactérias, são chamados de organismos autotróficos. Para isso, eles realizam normalmente a fotossíntese, conjunto de reações através das quais as substâncias inorgânicas são transformadas em substâncias orgânicas na presença de energia luminosa e clorofila: 6CO2 + 6H2O Luz Clorofila C6H12O6 + 6O2 Por outro lado, os organismos que não produzem o próprio alimento e são obrigados a obtê-los a partir da alimentação são chamados de heterotróficos. Os animais são heterotróficos por ingestão (ingerem o alimento), enquanto os fungos e muitas bactérias são heterotróficos por absorção (absorvem o alimento). Nos ecossistemas, os organismos autotróficos são os responsáveis pela produção de matéria orgânica. Os 1) organismos heterotróficos alimentam-se dos produtores ou de outros heterotróficos que se alimentam dos produtores. Independente da forma como os nutrientes são obtidos no interior das células, eles deverão fornecer matéria-prima para permitir o crescimento e o desenvolvimento desse organismo, além de fornecerem energia para as atividades metabólicas. O alimento ingerido pelos animais (1) é degradado (2) e seus produtos são utilizados na formação de novos compostos (3) ou na liberação de energia (4). 2) 3) 4) Energia Aproveitamento dos alimentos pelos animais. Acervo CNEC Biologia - Histórico e Interações da Vida 82 O início da vida na Terra Para permitir o desenvolvimento, os nutrientes são processados dentro do organismo, e seus produtos são utilizados pelas células, pois, para crescer, é necessário que ocorra proliferação celular. Assim, falamos que, nos seres vivos, o crescimento ocorre por intuscepção, ou seja, de dentro para fora. Para fornecer energia, a matéria orgânica é degradada, através da fermentação ou da respiração aeróbia: Fermentação: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Energia Respiração aeróbia: C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + Energia A matéria bruta não depende de nutrientes, pois não tem necessidade de energia, e seu crescimento ocorre de fora para dentro, por aposição. Manutenção das condições internas às custas do metabolismo O intercâmbio de informações e substâncias entre meio interno e externo do organismo e do meio interno entre si tem como objetivo manter o ambiente interno constante, condição conhecida como homeostase. A homeostase não está restrita apenas ao organismo como um todo; cada uma das células, em situação normal, mantém suas características físicas e químicas em níveis adequados à sua atividade e também à atividade de outros tecidos fisiologicamente interligados. A manutenção das condições internas depende do metabolismo, que representa o conjunto de reações que ocorre constantemente dentro dos seres vivos. As reações metabólicas incluem a produção ou a síntese de substâncias necessárias para o crescimento, o desenvolvimento e a reparação de tecidos e a quebra de substâncias com consequente liberação de energia para o organismo manter suas atividades normais. Reações de síntese constituem o que chamamos de anabolismo (exemplo: fotossíntese); reações de quebra constituem o que chamamos de catabolismo (exemplo: respiração aeróbia). Resumindo, podemos afirmar que sem metabolismo não há homeostase, e sem homeostase o metabolismo é prejudicado. Percebem e reagem aos estímulos ambientais Todos os seres vivos, mesmo os mais simples, são capazes de perceber estímulos do meio ambiente e elaborar respostas mais ou menos complexas a esses estímulos. Uma das respostas mais comuns dos seres vivos aos estímulos ambientais é o movimento, ou seja, a alteração da posição do corpo. Quando colocamos um vegetal em um local iluminado unilateralmente, a tendência é que ele cresça em direção à fonte de luz. Isso porque, para o vegetal, a fonte luminosa é indispensável ao seu metabolismo e à sua sobrevivência; vegetais, animais e organismos unicelulares podem se movimentar em direção a um estímulo benéfico, ou mesmo em sentido contrário a um estímulo prejudicial. O crescimento dos vegetais pode ser orientado em direção à luz. Saiba mais Disponível em: <www.mediatinker.com>. Acesso em: 21 set. 2011. Os vírus não apresentam metabolismo próprio nem organização celular. Todavia, alguns autores os consideram como seres vivos, pois apresentam moléculas orgânicas na constituição, capacidade de reprodução e adaptação ao ambiente. Biologia - Histórico e Interações da Vida O início da vida na Terra 1.4 Os primeiros seres vivos eram bastante simples Embora exista ainda muita divergência sobre como e quando surgiram os primeiros seres vivos, a maioria dos pesquisadores concorda em um ponto: os primeiros organismos eram bastante simples. As células eucarióticas evoluíram a partir das células procarióticas Os fósseis mais antigos de organismos eucariontes datam de 1,7 bilhão de anos atrás. Se a vida surgiu há cerca de 4 bilhões de anos, significa que, em termos de complexidade morfológica, a primeira célula que surgiu era estruturalmente simples, provavelmente procariótica. Esses organismos parecem ter dominado a Terra, sozinhos, durante cerca de 2,3 bilhões de anos. Acredita-se ainda que as células eucarióticas formaram-se a partir de ancestrais procarióticos. Através de invaginações da membrana plasmática, as células passaram a apresentar carioteca e também organelas membranosas, tais como retículo endoplasmático rugoso e complexo golgiense. Mitocôndria e cloroplasto são organelas que, segundo Lynn Margulis, surgiram a partir de associações mutualísticas com células eucarióticas primitivas (Modelo Endossimbiótico). A entrada de uma bactéria primitiva aeróbia em uma célula foi vantajosa para a célula e para a bactéria. Para a célula, porque a respiração aeróbia fornece mais energia do que o processo de fermentação. Para a bactéria, porque a célula tem uma maior superfície e, portanto, obtém mais facilmente o gás oxigênio (O2) e a glicose. O cloroplasto também se originou por associação mutualística. Bactérias que faziam a fotossíntese entraram em células eucarióticas primitivas. Para as bactérias, a relação foi vantajosa, pois a célula com maior superfície obtinha mais facilmente o dióxido de carbono (CO2). Para a célula a associação também foi importante, pois as bactérias passaram a fornecer-lhe alimento sintetizado durante a fotossíntese. Retículo endoplasmático Núcleo Membrana plasmática Citoplasma Ancestral procarionte DNA Envelope nuclear Célula com sistema de endomembranas Mitocôndria Ancestral procarionte aeróbio Célula de eucariontes heterotróficos Mitocôndria Célula hospedeira ancestral Ancestral procarionte fotossintético Cloroplasto Célula de eucariontes autotróficos (fotossintetizantes) Formação das células eucarióticas a partir das células procarióticas. Disponível em: <Adaptado de www.bio.miami.edu>. Acesso em: 21 ago. 2011. A hipótese de que mitocôndrias e cloroplastos tenham surgido através de uma associação de mutualismo com células primitivas é reforçada pelo fato de que essas organelas apresentam material genético próprio e independente daquele contido no núcleo celular e por apresentarem outras semelhanças com as bactérias atuais. 83 Biologia - Histórico e Interações da Vida 84 O início da vida na Terra Usando a “sopa nutritiva” como fonte de alimento De acordo com a Hipótese Autotrófica, os primeiros organismos eram autótrofos, pois, como o alimento era escasso, eles deveriam sintetizar seu próprio alimento. Todavia, essa hipótese apresenta dois argumentos contrários. Em primeiro lugar, a organização funcional de um organismo autotrófico é bastante complexa e, de acordo com o processo lento e gradual de evolução dos seres vivos, a complexidade de um organismo autótrofo levaria muito tempo para ser atingida. Em segundo, sabemos que a fotossíntese depende de CO2 o qual, segundo Oparin, não existia na atmosfera primitiva. Já a Hipótese Heterotrófica admite que os primeiros seres vivos eram incapazes de produzir seu próprio alimento, sendo obrigados a extraí-lo do meio. A única fonte disponível era a “sopa nutritiva” formada nos mares; portanto, eles absorviam nutrientes que estavam ao seu redor. Para o aproveitamento da energia dos alimentos, o primeiro processo desenvolvido foi a fermentação, já que não havia oxigênio livre para o processo de respiração aeróbia. Com o processo de fermentação, os seres vivos passaram a liberar CO2 para a atmosfera, o que permitiu o surgimento dos autótrofos. Com a fotossíntese, os autótrofos passaram a liberar O2, e aí teve início o processo de respiração aeróbia. Além de liberar O2 para o processo de respiração aeróbia, o surgimento da fotossíntese permitiu a síntese de matéria orgânica, ou seja, permitiu a síntese de alimento. Isso foi importante, pois com as alterações na atmosfera, a formação de moléculas orgânicas através das reações entre os gases foi interrompida. Dessa forma, os organismos existentes estariam sujeitos à extinção, caso a “sopa nutritiva” acabasse. Fermentação Glicose Álcool + CO2 + Energia Fotossíntese CO2 + H2O + Luz Respiração aeróbia Glicose + O2 Glicose + O2 CO2 + H2O + Energia Exercícios de sala 1 O leite comercializado no Brasil é normalmente tratado através de dois processos: pasteurização ou UHT (leite longa vida). O leite pasteurizado pode ser conservado durante dois dias e deve ser mantido refrigerado. O leite longa vida pode ser conservado durante meses, exigindo refrigeração somente após a abertura da embalagem. Sendo assim, faça o que se pede: a) Responda: Qual dos dois tipos de processo utiliza temperaturas mais elevadas? b) Explique por que, depois de abertas as embalagens, ambos devem ser conservados em baixas temperaturas. ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 2 Acredita-se que a vida tenha surgido no planeta há cerca de 3,5 bilhões de anos. A incidência de radiação ultravioleta, a elevada temperatura e as descargas elétricas parecem ter sido os agentes desencadeantes. Primeiro, atuaram sobre moléculas inorgânicas e as transformaram em pequenas moléculas orgânicas que, a seguir, originaram pequenas estruturas organizadas e isoladas do meio. Posteriormente, vieram os ácidos nucleicos e, com eles, as condições decisivas para o surgimento da vida. Biologia - Histórico e Interações da Vida O início da vida na Terra Sobre o texto anterior, pergunta-se: a) A que se referem as “pequenas estruturas organizadas” citadas no texto? b) A quais condições decisivas o texto se refere? ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 3 “Curiosity, o maior e mais complexo veículo já enviado a outro planeta, pousou no dia 06 de agosto de 2012 em Marte, dando início à mais audaciosa missão ao planeta vermelho desde os anos 1970. Os cientistas vão procurar por sinais de vida no mundo mais parecido com a Terra dentro do Sistema Solar.” Disponível em: <http://veja.abril.com.br>. (Adaptado) Acesso em: 12 out. 2012. Considere que Curiosity consiga coletar e trazer à Terra minúsculas estruturas semelhantes às bactérias. Para certificar-se de que se tratam realmente de seres vivos, tais como aqueles terrestres, algumas características deveriam ser analisadas. a) Cite duas características que devem estar presentes nessas estruturas para que possam ser considerados seres vivos. b) Cite duas condições de Marte que deveriam existir para manter a vida tal como nós a conhecemos. ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 4 Considere os seguintes eventos sobre o surgimento dos seres vivos para resolver os itens a e b. 1) Formação das células procarióticas. 2) Surgimento da fotossíntese. 3) Surgimento da respiração aeróbia. 4) Formação dos coacervatos. 5) Liberação de gás oxigênio para a atmosfera. a) Determine qual é a sequência de ocorrência desses eventos. b) Explique qual foi a importância do surgimento da fotossíntese para a vida. ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ 85 Biologia - Histórico e Interações da Vida 86 O início da vida na Terra Observe o gráfico a seguir que mostra a relação entre aumento na taxa de oxigênio atmosférico e os eventos chaves do início da evolução da vida. Percentagem em relação ao nível atual de oxigênio 5 Presente 100 Primeiras plantas com flores Passagem da água para a terra 80 50 Primeiros cordados 30 Surgimento de esqueleto (externo) 10 5 3 2 1 0 Predomínio dos répteis Primeiros eucariotos As rochas absorvem o oxigênio Primeiros multicelulares Primeiros procariotos aeróbios 4 000 3 000 2 000 1 000 500 250 100 Milhões de anos atrás Adaptado para o Acervo CNEC Com base nos dados apresentados, responda: a) Qual era o nível de oxigênio atmosférico quando surgiu a associação funcional de várias células? b) Por que os animais surgiram em ambiente terrestre posteriormente após as plantas? ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ ___________________________________________________________ Exercícios propostos 6 (PAS-UFLA) Em relação à Teoria da Biogênese, apresentam-se as proposições a seguir: I) É uma teoria segundo a qual um ser vivo se origina somente a partir de processos de reprodução. II) Segundo essa teoria, a vida pode surgir a partir de matéria inanimada. III) Os experimentos de Redi e de Pasteur, nos séculos XVII e XIX, respectivamente, foram muito importantes para a credibilidade dessa teoria. IV) Os diferentes experimentos e pesquisas realizados com o objetivo de consolidar a Teoria da Biogênese levaram à descrença da Teoria da Geração Espontânea. Assinale a alternativa correta. a) Apenas as proposições III e IV estão corretas. b) Apenas as proposições I, III e IV estão corretas. c) Apenas as proposições II e III estão corretas. d) Apenas as proposições I, II e IV estão corretas. 7 (PSIU-UFPI) Durante o século XVIII, a origem dos vermes intestinais foi muito discutida, e a posição dominante foi que eles eram gerados espontaneamente. Marcos Bloch apresentou na Academia de Ciências de Kopenhagen uma grande quantidade de fatos que reforçavam a ideia de que os vermes apenas conseguem viver dentro dos animais, não podendo assim ter vindo do ambiente externo. Apenas na década de 1840 trabalhos sobre gerações alternadas mostraram que alguns vermes intestinais provinham de animais que viviam externamente, mas que tinham uma aparência muito distinta. MARTINS, L. A. P. M. Pasteur e a geração espontânea: uma história equivocada. Filosofia e História da Biologia, v. 4, p. 65-100, 2009. Disponível em: <http://www.abfhib.org/FHB/FHB-04/FHB-v04-03-Lilian-Martins.pdf>. (Adaptado) Acesso em: 12 out. 2012. Biologia - Histórico e Interações da Vida O início da vida na Terra As alternativas a seguir referem-se às características ou aos ciclos de vida de muitos vermes intestinais que podem ter favorecido a crença da geração espontânea para esses organismos, exceto: a) podem ocorrer em animais recém-nascidos, que ainda não tiveram contato com o ambiente externo. b) muitos são desprovidos de órgãos ou estruturas que lhes conferem independência de outro corpo. c) alguns encontram-se em partes do corpo que não têm comunicação com o ambiente externo. d) muitos apresentam estruturas que permitem sua fixação e extração de nutrientes de outro corpo. e) sua incidência é maior nas populações sem acesso à água tratada ou a saneamento básico. Na década de 1950, Stanley Miller projetou um aparelho através do qual circulavam os gases metano (CH4), amônia (NH3), vapor de água (H2O) e hidrogênio (H2) submetidos a descargas elétricas e temperaturas elevadas. Ao final, Miller montou o gráfico a seguir. (unidade arbitrária) 0,08 7 0,07 6 0,06 5 0,05 Amônia 4 3 2 1 0 0 0,04 0,03 Aminoácidos 0,02 0,01 Concentração de minoácidos 8 (unidade arbitrária em relação à concentração de amônia) Concentração de amônia 8 25 50 75 100 125 150 175 200 Tempo (h) De acordo com o gráfico, é possível considerar que: a) a amônia foi utilizada na produção de moléculas de aminoácidos. b) aminoácidos foram quebrados, liberando a amônia como produto. c) descargas elétricas e elevadas temperaturas não permitem a reação dos gases. d) aminoácidos e amônia eram moléculas presentes na atmosfera primitiva. e) aminoácidos são formados apenas no meio intracelular. 9 A definição de vida é assunto de muita discussão desde o seu surgimento. Embora não tenhamos ainda a definição exata (pelo menos ainda não satisfaz a todos), alguns parâmetros nos servem como referência. Por enquanto, consideramos como seres vivos aqueles organismos que, entre outras coisas, tenham a capacidade de reprodução (I), de evolução (II), e de crescimento (III) e a necessidade de nutrição (IV) e de respiração (V). Dessas, aquelas que aparecem apenas nos seres vivos, incluem: a) I, II, III, IV e V. d) II, III, IV e V apenas. b) I, II, III e V apenas. e) I, II, IV e V apenas. c) I, II, III e IV apenas. 10 (PAAES-UFU) O ser humano busca compreender o Universo e a vida de diferentes formas. Uma delas é por meio da Ciência. Em diferentes épocas da nossa história, pesquisadores elaboraram teorias científicas para tentar explicar a origem da vida na Terra e a evolução dos organismos. Para as afirmativas a seguir, marque (V) Verdadeira ou (F) Falsa. 1 ( ) O experimento do médico italiano Francesco Redi, em meados do século XVII, comprovou que larvas surgiam em animais mortos devido à postura de ovos por moscas e não por geração espontânea, como acreditavam outros estudiosos da época. 2 ( ) Atualmente, há duas hipóteses não antagônicas para explicar a vida no planeta. A teoria da panspermia afirma que a vida na Terra surgiu a partir de substâncias precursoras provenientes de outros locais do cosmo. A teoria da evolução química indica que compostos inorgânicos se combinaram, originaram moléculas orgânicas simples e, posteriormente, moléculas mais complexas com capacidade de autoduplicação e metabolismo, que seriam os primeiros seres vivos. 3 ( ) A hipótese heterotrófica admite que a nutrição dos primeiros seres vivos seria constituída de moléculas orgânicas produzidas de modo abiogênico e acumuladas nos mares e lagos primitivos. 4 ( ) A descoberta de micro-organismos arqueas, que vivem em ambientes inóspitos, onde há liberação contínua de gás sulfídrico, reforça a hipótese autotrófica de nutrição dos seres vivos primitivos, que utilizariam compostos inorgânicos da crosta terrestre, como ferro e enxofre, para a produção de energia. Fazer a atividade prática 1 – Página 123. 87 Biologia - Histórico e Interações da Vida 88 A continuidade da vida na Terra 2. A CONTINUIDADE DA VIDA NA TERRA Vamos descrever a história da vida na Terra em um calendário mensal, no qual cada dia representa cerca de 150 milhões de anos. Nesse “calendário evolutivo”, a Terra teria se formado no primeiro dia do mês, ou seja, há 4,5 bilhões de anos. Acredita-se que a Terra e os outros planetas do Sistema Solar tenham se formado a partir da aglomeração de poeira cósmica e gases, restos de uma grande explosão do Universo, denominada Big Bang. As reações que precederam o início da vida no planeta teriam ocorrido entre o 3o e 4o dias. A partir daí, os seres vivos não pararam de evoluir, o que permitiu a formação de todas as espécies atuais. 1 2 Origem da Terra 6 Fósseis mais antigos 13 7 8 14 15 3 4 5 12 Início da vida 9 10 11 16 17 18 20 22 21 23 Primeiros eucariotos 27 Explosão de vida 19 Respiração aeróbia Fotossíntese 24 25 26 Organismos multicelulares 28 29 30 Legenda: - Vida aquática - Abundância de fósseis 27 - Primeiras plantas - Primeiros animais terrestres 28 - Extinção de florestas que originaram o carvão mineral - Insetos - Primeiros mamíferos - Domínio dos dinossauros 29 - Primeiros pássaros - Primeiras plantas com flores - Primeiros primatas 30 Evolução química Evolução biológica Primeiros hominídeos Homo sapiens Caléndario evolutivo: a história da vida descrita em um mês. Adaptado para o Acervo CNEC Para a Biologia, a evolução representa os mecanismos pelos quais os organismos vivos passam por transformações que permitem seu ajustamento ao meio em que vivem, resultando, muitas vezes, na formação de novas espécies, ou seja, enquanto a evolução química foi a responsável pela origem dos primeiros seres vivos, a evolução biológica foi a responsável pela continuidade da história da vida. 2.1 Teorias da Evolução – os pesquisadores tentam explicar seus mecanismos Até o século XVIII, os seres vivos eram vistos como entidades imutáveis. Para Carl Von Linné (1707- 1778), pesquisador responsável por um dos primeiros modelos de classificação biológica dos seres vivos, as espécies existentes haviam sido criadas, por meio de uma força divina, com a forma atual, não existindo possibilidades de mudanças. Posteriormente, a descoberta de fósseis de animais extintos e semelhantes às espécies atuais, a análise de estruturas e órgãos semelhantes em espécies diferentes e a observação de estruturas aparentemente sem função em alguns organismos levaram os naturalistas a acreditar que os seres vivos são passíveis de mudanças. Assim, a partir do século XIX, os pesquisadores começaram a propor possíveis mecanismos que resultassem nas mudanças evolucionárias. Entre eles, dois tiveram maior destaque: Lamarck e Darwin. Biologia - Histórico e Interações da Vida 89 A continuidade da vida na Terra Lamarckismo: uso e desuso e a herança dos caracteres adquiridos O que você acharia se nós disséssemos que os ancestrais das girafas tinham pescoço curto, mas, de tanto esticá-lo para alcançar o alimento, ele se tornou mais alongado? E que os peixes que vivem nas regiões abissais dos mares, onde não chega luz, tornaram-se cegos por não utilizar a visão? Parecem absurdas, mas essas ideias constituem uma das primeiras tentativas para explicar a evolução das espécies. Em 1809, o naturalista francês Jean Baptiste Lamarck (17441829) publicou o livro Philosophie Zoologique, no qual afirmava que as transformações das espécies dependem de dois fatores fundamentais: • Lei do uso e desuso: o órgão de um animal se desenvolve quando muito utilizado e se atrofia quando pouco usado. • Lei da herança dos caracteres adquiridos: o caráter adquirido (órgão atrofiado ou desenvolvido) seria transmitido aos descendentes. Assim, para Lamarck, os órgãos modificavam-se para atender às Jean Baptiste Lamarck: apesar dos erros, seu trabalho contribuiu para o necessidades do meio ambiente. desenvolvimento do conceito de evolução A razão para o tamanho do pescoço das girafas poderia ser e adaptação ao meio. Disponível em: <http://www.scientific-web.com>. explicado por Lamarck da seguinte forma: os ancestrais desses animais Acesso em: 12 out. 2012. apresentavam pescoço curto. Mas, para conseguir o alimento na copa das árvores, esticavam o pescoço, Para alcançar as o que acabou provocando o maior folhas no topo das árvores, esticaram desenvolvimento dessa estrutura. o pescoço... Essa característica adquirida Os ancestrais das girafas (maior tamanho do pescoço) foi apresentavam ... e esticaram tornando-os transmitida aos descendentes ao pescoço curto. mais, progressivamente longo das gerações. mais longos. Atualmente, sabemos que órgãos ou estruturas podem realmente se desenvolver ou se atrofiar de acordo com o uso ou desuso, respectivamente. Todavia, o erro de Lamarck foi acreditar que Explicação para o tamanho do pescoço das girafas, segundo Lamarck. Disponível em: <www.info.univ-angers.fr>. (Adaptado) Acesso em: 21 ago. 2011. essas características poderiam ser transmitidas ao longo das gerações. Darwinismo: a variabilidade individual e a seleção natural O conceito sobre evolução da vida sofreu uma intensa revolução após a teoria da Seleção Natural, proposta em 1859, pelo inglês Charles Darwin (1809-1882) em seu livro The Origin of Species. Segundo esse autor, a base para a evolução seria a seleção natural imposta pelo meio ambiente. O pescoço alongado das girafas poderia ser justificado por Darwin de outra forma: os ancestrais das girafas podiam apresentar pescoço curto ou longo, em função da variabilidade individual. Como os animais que apresentavam pescoço mais longo conseguiam obter alimento mais facilmente, sobreviviam por mais tempo e, portanto, tinham maiores chances de se reproduzir e deixar descendentes. Por outro lado, os animais de pescoço curto não conseguiam obter alimento e não sobreviviam. Charles Darwin: para ele, a evolução resultava da seleção, pelo ambiente, dos caracteres mais ajustados ao ambiente. Disponível em: <www.academiadeciencia.org.br>. Acesso em: 12 out. 2012. Biologia - Histórico e Interações da Vida 90 A continuidade da vida na Terra A seleção natural favoreceu esses indivíduos, pois eles tinham Um grupo original de girafas apresentava alguns indivíduos de pescoço longo. Após algumas gerações, o grupo maiores chances ainda apresentava alguma de obter alimento, variação, mas mostrando de sobreviver e de um nítido predomínio de deixar descendentes. indivíduos de pescoço longo. Explicação para o tamanho do pescoço das girafas, segundo Darwin. Disponível em: <www.info.univ-angers.fr>. (Adaptado) Acesso em: 21 ago. 2011. Atualmente, sabemos que o pescoço longo das girafas não foi o principal exemplo analisado por Lamarck ou por Dawin. Além disso, o pescoço longo não é fator decisivo na busca pelo alimento, pois as girafas alimentam-se também da vegetação rasteira. Acredita-se que o pescoço longo seja determinante nas lutas entre os indivíduos. A teoria da seleção natural resultou de observações feitas por Darwin em sua viagem de cinco anos ao redor do mundo, a bordo do navio Beagle. Os dados mais significativos para seu estudo foram coletados da fauna e da flora das ilhas Galápagos, a oeste da América do Sul. Lá, ele observou que as espécies eram bastante semelhantes àquelas encontradas na América do Sul. Isso sugeria que caso tivessem vindo desse continente, teriam sido selecionadas e dado origem às espécies atuais. PACÍFICO NORTE CHINA EUROPA AMÉRICA DO NORTE Açores PACÍFICO Ilhas de Cabo Verde Arquipélago de Galápagos Ilha da Ascensão AMÉRICA DO SUL ÍNDIA ÁFRICA ÍNDICO Ilha Maurícia Bahia Valparaíso Ilha Keeling AUSTRÁLIA Rio de Janeiro Montevidéu Ilhas Malvinas Percurso Sydney Cidade do Cabo King George’s Sound ATLÂNTICO Início e fim da viagem Viagem do navio Beagle (1831-1836). Adaptado para o Acervo CNEC Na época, Darwin conhecia o mecanismo de seleção realizado pelo homem, que seleciona para a reprodução apenas espécies com características vantajosas (seleção artificial). Todavia, ele não conseguia compreender como o mecanismo de evolução aconteceria no arquipélago sem a interferência humana. Em 1838, Darwin encontrou a resposta, quando leu o livro de Thomas Malthus. Nesse livro, o autor sugeria que o crescimento insuficiente de alimento e de espaço provocaria, inevitavelmente, uma escassez de recursos necessários à sobrevivência e reprodução das espécies. Biologia - Histórico e Interações da Vida A continuidade da vida na Terra A partir desse trabalho, Darwin elaborou a Teoria da Seleção Natural: indivíduos da mesma espécie apresentam variações individuais que resultam em maiores ou menores chances de obter alimento, água, espaço, cuidado com a prole, etc. Por isso, nem todos os seres vivos que nascem conseguem sobreviver e se reproduzir. Nesse contexto, o ambiente funcionaria como fator de seleção natural: seleciona os mais adaptados e elimina os menos adaptados. Embora o trabalho de Darwin tenha sido fundamental para a teoria da evolução, ele não conseguiu explicar a causa das variações individuais. Leia com atenção um trecho do trabalho do economista inglês Thomas Malthus. “...uma população que não seja controlada, cresce em progressão geométrica: a subsistência cresce apenas em progressão aritmética. Apenas uma pequena habilidade com números é necessária para verificar a imensidade da primeira potência em relação à segunda.” Thomas Malthus, Ensaios sobre a população, 1798 Pesquise, com seu professor de Matemática, o significado dos termos progressão geométrica e progressão aritmética. Depois, discuta com os colegas, o significado do trecho e sua importância no desenvolvimento da teoria de Darwin. Número de tentilhões Número de tentilhões Neodarwinismo: as causas da variabilidade individual Seleção natural Dando sequência à Teoria da Seleção Natural de Mutação e Darwin, o Neodarwinismo ou Teoria Sintética da recombinação Evolução explica que as variações individuais são resultados de mutações e recombinação gênica, como demonstrado no esquema ao lado. Mutações são alterações que ocorrem aleatoriamente Adaptação no material genético. A recombinação gênica refere-se às Variabilidade várias possibilidades de combinação dos genes durante Mecanismos evolutivos, segundo o Neodarwinismo. Acervo CNEC a reprodução sexuada. Como exemplo, podemos citar o bico dos tentilhões de Galápagos. Os tentilhões de Dafne Maior, uma das ilhas 90 pertencentes ao arquipélago de Galápagos, apresentam Total em 1976 = 751 bicos de profundidade diferentes. Alguns deles, de bico 60 mais profundo e mais resistente, são capazes de se alimentar 30 de sementes pequenas, grandes e duras; outros, de bico menos profundo, são capazes de se alimentar apenas de 0 6 7 8 9 10 11 12 13 14 sementes pequenas. Essa variação dos bicos apareceu em 12 decorrência de mutações e de recombinações gênicas ao Sobreviventes em 1978 = 90 longo de milhares de anos. 8 Entre 1976 e 1977, a região passou por um período de 4 seca intensa, o que ocasionou a morte de muitas plantas. Sobreviveram principalmente aquelas de sementes grandes. 0 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Consequentemente, muitos tentilhões também morreram, Profundidade do bico (mm) especialmente aqueles de bico menos profundo, que apresentavam alimentação mais restrita. Os tentilhões de bico maior, conseguindo aproveitar as sementes grandes, tiveram mais chances de sobrevivência e de deixar Variação da profundidade do bico dos tentilhões em 1976 e 1978, de acordo com os trabalhos de Peter e descendentes. Com isso, a profundidade média do bico dos Rosemary Grant. Disponível em: <http://morriscourse.com>. (Adaptado) tentilhões aumentou dentro dessa população. Acesso em: 13 jul. 2010. 91 Prezado leitor, Agradecemos o interesse em nosso material. Entretanto, essa é somente uma amostra gratuita. Caso haja interesse, todos os materiais do Sistema de Ensino CNEC estão disponíveis para aquisição através de nossa loja virtual. loja.cneceduca.com.br
