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EVOLUÇÃO Figura 1 – Evolução e DNA David Carillet/Shutterstock.com CONTEÚDOS Evolução Teorias evolutivas Evidências evolutivas AMPLIANDO SEUS CONHECIMENTOS Vamos iniciar nossos estudos sobre Evolução com a leitura de uma reportagem. Eucalipto transgênico absorve mais luz Espécies de eucalipto foram alteradas geneticamente pela primeira vez no Brasil por pesquisadores da Universidade de São Paulo (USP) coordenados pelo agrônomo Carlos Alberto Labate, professor da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiróz (Esalq). Eles introduziram em plantas do gênero Eucalyptus um gene de ervilha que codifica a síntese de uma das proteínas responsáveis pela absorção da luz nos cloroplastos (estrutura das células vegetais responsável pela fotossíntese). Estudos anteriores haviam modificado geneticamente o tabaco de forma a aumentar sua biomassa e capacidade fotossintética em condições limitantes de luz. A transformação genética do eucalipto tem princípio similar: nos dois casos, é incorporado ao genoma da planta um gene da ervilha (Pisum sativum) que leva ao aumento da absorção de luz pelo vegetal. Disponível em: < http://www.cienciahoje.org.br/noticia/v/ler/id/14/n/eucalipto_transgenico_absorve_mais_luz>. Acesso em: 28 jul. 2016. 12h50min. Através da técnica de transgênicos e a manipulação dos genes, o homem seleciona características de interesse nos organismos. Você conseguiria imaginar que a seleção pelas melhores características, ou seja, pelos melhores genes, ocorre naturalmente na natureza sem nos atentarmos? Vamos refletir sobre essa questão. Em laboratório, por meio da sofisticada técnica de DNA recombinante, o homem escolhe e isola o gene que expressa uma característica de interesse. Quem nos explica de que forma isso poderia acontecer na natureza, é o naturalista Charles Darwin em sua obra “A origem das espécies”, publicada em 1859 em Londres, Reino Unido. Em sua viagem pelo Arquipélago de Galápagos (1831), Darwin estudou e realizou inúmeras anotações sobre as espécies que lá habitavam, em especial, as espécies de tentilhões. As ilhas Galápagos abrigam mais de doze espécies de tentilhões, relacionadas entre si, presentes às vezes em uma única ilha. As diferenças mais marcantes entre essas aves são os bicos adaptados a dietas específicas. Observando os animais, Darwin notou diferentes adaptações, especialmente em relação à forma e tamanho do bico (Figura 2). Em suas análises comparativas, Darwin deduziu que as diferenças no formato e tamanho do bico contribuíam para melhor exploração e busca por alimentos em cada ambiente em particular. Figura 2 – Bicos dos tentilhões de Galápagos Fonte: Amazonaws Após retornar de sua viagem, Darwin estava convicto que os seres vivos se modificam, adaptando-se ao ambiente, entretanto, essas ideias contrariavam as hipóteses de evolução da época. Durante muitos anos, ele organizou e analisou os dados obtidos em suas expedições, formulando hipóteses para os mecanismos de adaptação das espécies ao ambiente. Em seus estudos, o pesquisador Darwin teve acesso ao livro “Um ensaio sobre populações”, de Thomas Malthus. Em resumo, a obra afirmava que a população crescia muito mais rapidamente do que a produção de alimento. Em outras palavras, os indivíduos precisam competir, mesmo que inconscientemente, pelo pouco alimento que há. Essas ideias fizeram Darwin pressupor que nessas circunstâncias, ocorreria intensa luta pela sobrevivência. Embora ele também tivesse notado que nas espécies selvagens houvesse uma tendência de aumento de suas populações, elas normalmente mantinham-se estáveis. Refletindo a respeito, formulou uma hipótese: entre os indivíduos de mesma espécie havia uma grande diversidade, a qual era transmitida e acentuava-se de uma geração a outra. Em cada grupo de indivíduos, alguns sobreviviam, enquanto outros eram eliminados, sendo a “seleção” realizada pelo próprio ambiente, ou seja, por meio de um mecanismo que ele chamou de seleção natural. A teoria de seleção natural Durante as viagens, Charles Darwin observou muitos exemplos de adaptações, isto é, características nos organismos que aumentam sua capacidade de sobrevivência e reprodução. À medida que revisou suas observações, ele verificou que as adaptações ao ambiente e a origem de novas espécies, são eventos fortemente relacionados. A principal questão entorno dessa reflexão era: Seria possível uma nova espécie surgir a partir de uma espécie ancestral, que acumulou uma série de adaptações a diferentes condições ambientais? Posteriormente, outros biólogos concluíram e confirmaram a hipótese levantada por Darwin. E era exatamente isso que ocorreu com as espécies de tentilhões em Galápagos. Os vários formatos de bicos e comportamento dos tentilhões são adaptações aos alimentos disponíveis nos locais onde habitavam (Figura 2). Darwin e outros pesquisadores entenderam que a compreensão do processo adaptativo que ocorre entre os seres vivos ao longo do tempo, era essencial para o entendimento da evolução das espécies e que a diversidade de vida é fruto dessa evolução. A origem das espécies Em tese, todos os organismos descendem de um único ancestral, uma dessas teorias defende que a nossa origem comum seja bacteriana. Estudos apontam que o mais antigo ancestral universal teria sido uma bactéria que habitava o mar, e se alimentava de substâncias químicas presentes na Terra primitiva. Desse antigo ancestral, surgiram outros, e esses viveram em diversos habitats com características específicas. Ao longo de milhões de anos, eles acumularam uma série de mudanças, que os adaptariam aos modos de vida específicos. Nesse sentido, Darwin defendeu que a descendência com modificação, ao longo do tempo, resultaria em uma grande variabilidade de seres vivos, tal como se observa atualmente. Ele imaginou essa hipótese de descendência como uma árvore, em que em sua base estaria um ancestral comum e que em cada galho uma espécie diferente e a cada nova ramificação, representaria um ancestral de todas as linhas que se ramificassem posteriormente desse ponto (Figura 3). Na época da publicação de sua obra, Darwin recebeu muitas críticas e sua teoria não foi bem aceita. Uma dessas críticas foi a falta de explicação para a grande variabilidade entre indivíduos de mesma espécie. Somente no início do século XX, com o progresso da genética e maior conhecimento a respeito da variabilidade genética (proporcionada pelas mutações e recombinação gênica), as ideias de Darwin puderam ser melhor explicadas, o que originou uma reformulação de sua hipótese: denominada neodarwinismo, a qual explica que a origem da variabilidade está em mecanismos genéticos. Evidências evolutivas Uma grande evidência evolutiva vem da observação dos fósseis de animais que habitaram o planeta há milhões de anos atrás. Os fósseis provam que os organismos que viveram no passado são diferentes dos atuais e que também muitas espécies já se extinguiram. Além disso, é possível inferir que muitas mudanças ocorreram ao longo do tempo, em vários grupos de organismos existentes. Por meio desses estudos, os pesquisadores conseguiram até inferir, por exemplo, como ocorreu a transição da ocupação do ambiente aquático para o terrestre, além de evidenciar que o planeta passou por grandes transformações. Os fósseis também contam que a evolução obedeceu a um padrão de evolução, o que pode ser verificado com base nas análises dos dados anatômicos dos seres vivos. Por meio desses estudos, por exemplo, os cientistas deduzem que os primeiros vertebrados terrestres evoluíram de um grupo de peixes e que os primeiros anfíbios descendem desses primeiros vertebrados terrestres. Essas hipóteses podem ser testadas através de técnicas radioativas de datação para se determinar a idade dos fósseis. Até agora, todas as hipóteses têm sido confirmadas, o que sugere que as hipóteses se basearam numa percepção correta da evolução. Figura 3 – Árvore da vida Fonte: UOL SAIBA MAIS! Como datar a idade de um fóssil? O método usado é chamado de datação radioativa, se baseia no fenômeno da radioatividade e foi descoberto no final do século XIX. A radioatividade faz os átomos perderem partículas (prótons ou nêutrons) na forma de radiação, causando variação no seu número de massa ou em seu número atômico. No caso de fósseis de seres vivos, costuma-se usar carbono 14 (com seis prótons e oito nêutrons) para fazer a datação. O carbono 14 emite radiação, perdendo dois nêutrons e se transformando em carbono 12. Em 5 730 anos, uma certa quantidade de carbono 14 ficará reduzida à metade, sendo a outra metade transformada em carbono 12. Por isso, esse tempo é chamado de meia-vida. A meia-vida do carbono 14 é tão curta que ele apenas pode ser usado para medir restos de organismos que viveram até 70 000 anos atrás. Para organismos mais antigos usa-se o mesmo processo - mas torna-se necessário recorrer a outro elemento radioativo, de meia-vida mais longa, como referência. Além do carbono 14, pode-se usar o potássio 40 - com meia-vida de 1,25 bilhão de anos - ou o urânio 238 - com 4,47 bilhões de anos -, além de muitos outros elementos radioativos. Para medir, nos fósseis, a quantidade desses elementos e dos que eles originam por radiação, os cientistas utilizam um aparelho chamado espectrômetro de massa, que permite descobrir a massa atômica dos elementos químicos presentes. Essa técnica, porém, não deverá funcionar corretamente no futuro, dentro de alguns milhões de anos - isso porque, a partir da década de 1940, a explosão de bombas atômicas, a realização de testes nucleares e os acidentes em usinas atômicas causaram modificações na radioatividade do planeta que farão esse método de datação perder sua referência-base. Disponível em: <http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-edeterminada-a-idade-de-um-fossil>. Acesso em: 29 jul. 2016. 10h06min. Outra forma de evidência vem da análise das semelhanças entre os diferentes organismos. Como vimos, a evolução é um processo de descendência com modificações: as características presentes em um organismo são alteradas ao longo do tempo pela seleção natural, à medida que enfrentam mudanças nas condições ambientais. O resultado desse processo é que, espécies relacionadas, apresentem características semelhantes, porém com funções distintas ou próximas em cada caso. Essas semelhanças, resultantes de um ancestral comum são chamadas de homologias, ou estruturas homólogas. Vamos conhecer alguns exemplos de estruturas homólogas na ilustração a seguir: Figura 4 – Exemplos de estruturas homólogas Fonte: Papo de Primata Esses esqueletos básicos de braço, patas dianteiras, nadadeiras e asas são estruturas homólogas que representam variações de um mesmo tema estrutural presente no ancestral comum. Apesar da enorme diferença na funcionalidade, os membros anteriores de todos estes animais contêm o mesmo conjunto de ossos, herdados de um ancestral comum, porém evoluídos de forma distinta para cada espécie. As diferentes cores utilizadas na ilustração, evidenciam as correspondências entre as estruturas ósseas adaptadas para as necessidades de cada espécie. Por outro lado, observa-se que diferentes organismos passaram pela mesma necessidade de adaptação, como por exemplo ocorreu com os golfinhos e as baleias, mamíferos que se adaptaram ao meio aquático e que desenvolveram características similares às dos peixes, que por sua vez pertencem a outro grupo biológico. Para esses casos, as estruturas com a mesma função em diferentes tipos de seres vivos, e que possuem origem evolutiva e estruturas ósseas diferentes, são chamadas de estruturas análogas. Observe o exemplo a seguir da asa do morcego, um mamífero e da asa de uma espécie de ave. (Figura 5). Figura 5 – Exemplos de estruturas análogas Fonte: Educação Pública do Rio de Janeiro Além de Darwin, o pesquisador Jean Baptiste Lamarck também formulou hipóteses sobre a evolução biológica. Lamarck, por sua vez, considerava o ambiente como um elemento estimulador de mudanças adaptativas e herdáveis nos seres vivos, para Darwin, o ambiente funcionava como agente de seleção natural, atuando sobre a diversidade da espécie. Vejamos a seguir, um exemplo da visão dos dois pesquisadores sobre o tamanho atual do pescoço das girafas. A teoria de Lamarck ficou conhecida pela teoria de uso e desuso e se fundamentava na ideia de que quando um ou mais órgãos são mais usados do que outros, eles se desenvolvem, sendo passados para futuras gerações. O uso ou o desuso dos diferentes órgãos alterariam características do corpo, e estas características seriam transmitidas para as próximas gerações. Assim, ao longo do tempo os organismos se modificariam, podendo dar origem as novas espécies. Figura 6 – Comparação das ideias de Lamarck e Charles Darwin Fonte: Blog do ENEM ATIVIDADES 1. (ENEM) Os ratos Peromyscus polionotus encontram-se distribuídos em ampla região na América do Norte. A pelagem de ratos dessa espécie varia do marrom claro até o escuro, sendo que os ratos de uma mesma população têm coloração muito semelhante. Em geral, a coloração da pelagem também é muito parecida à cor do solo da região em que se encontram, que também apresenta a mesma variação de cor, distribuída ao longo de um gradiente sul-norte. Na figura, encontram-se representadas sete diferentes populações de P. polionotus. Cada população é representada pela pelagem do rato, por uma amostra de solo e por sua posição geográfica no mapa. O mecanismo evolutivo envolvido na associação entre cores de pelagem e de substrato é a) a alimentação, pois pigmentos de terra são absorvidos e alteram a cor da pelagem dos roedores. b) o fluxo gênico entre as diferentes populações, que mantém constante a grande diversidade interpopulacional. c) a seleção natural, que, nesse caso, poderia ser entendida como a sobrevivência diferenciada de indivíduos com características distintas. d) a mutação genética, que, em certos ambientes, como os de solo mais escuro, têm maior ocorrência e capacidade de alterar significativamente a cor da pelagem dos animais. e) a herança de caracteres adquiridos, capacidade de organismos se adaptarem a diferentes ambientes e transmitirem suas características genéticas aos descendentes. 2. (ENEM) Alguns anfíbios e répteis são adaptados à vida subterrânea. Nessa situação, apresentam algumas características corporais como, por exemplo, ausência de patas, corpo anelado que facilita o deslocamento no subsolo e, em alguns casos, ausência de olhos. Suponha que um biólogo tentasse explicar a origem das adaptações mencionadas no texto utilizando conceitos da teoria evolutiva de Lamarck. Ao adotar esse ponto de vista, ele diria que: a) as características citadas no texto foram originadas pela seleção natural. b) a ausência de olhos teria sido causada pela falta de uso dos mesmos, segundo a lei do uso e do desuso. c) o corpo anelado é uma característica fortemente adaptativa, mas seria transmitida apenas à primeira geração de descendentes. d) as patas teriam sido perdidas pela falta de uso e, em seguida, essa característica foi incorporada ao patrimônio genético e então transmitida aos descendentes. e) as características citadas no texto foram adquiridas por meio de mutações e depois, ao longo do tempo, foram selecionadas por serem mais adaptadas ao ambiente em que os organismos se encontram. 3. (ENEM) As mudanças evolutivas dos organismos resultam de alguns processos comuns à maioria dos seres vivos. É um processo evolutivo comum a plantas e animais vertebrados: a) movimento de indivíduos ou de material genético entre populações, o que reduz a diversidade de genes e cromossomos. b) sobrevivência de indivíduos portadores de determinadas características genéticas em ambientes específicos. c) aparecimento, por geração espontânea, de novos indivíduos adaptados ao ambiente. d) aquisição de características genéticas transmitidas aos descendentes em resposta a mudanças ambientais. e) recombinação de genes presentes em cromossomos do mesmo tipo durante a fase da esporulação. 4. Peixes que vivem em ambientes de cavernas escuras de água doce são geralmente cegos. Como o pesquisador Lamarck, explicaria esse fenômeno? Caverna Fonte: Ciência Hoje ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 5. Em certas ilhas, predominam pássaros com bicos grandes e fortes, bem adaptados às sementes duras que existem no local. Em ilhas vizinhas, encontram-se pássaros semelhantes, porém com bicos delicados e longos, adequados à retirada de insetos e vermes de buracos existentes nos troncos. Os dois tipos de pássaros, a não ser o bico, são muito semelhantes, evidenciando alto grau de parentesco evolutivo. a) De que maneira, explica-se o surgimento de características novas numa população e, consequentemente uma nova espécie? ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ ___________________________________________________________________ INDICAÇÕES Texto: Introdução à Evolução Texto oferece uma introdução aos conceitos de evolução, comenta e oferece exemplos dos fatores que envolvem o processo de desenvolvimento de novas características nos organismos, bem como contribui para o surgimento de novas espécies. Disponível em: <http://www.ib.usp.br/evosite/evo101/IIntro.shtml>. Acesso em: 29 jul. 2016. 15h31min. Texto: Evolução Texto oferece uma breve discussão sobre o conceito de Evolução. Disponível em: <http://brasilescola.uol.com.br/biologia/evolucao.htm>. Acesso em: 29 jul. 2016. 15h46min. Vídeo: Evolução – Teoria da Seleção Natural Vídeo comenta um pouco sobre a vida do pesquisador Charles Darwin, conceitua a teoria da seleção natural citando vários exemplos que contribuem para o entendimento do tema. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=kTjewD4LRiU> 29 jul. 2016. 15h54min. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMAZONAWS. Bicos dos tentilhões de Galápagos. Disponível em: < https://s3-saeast1.amazonaws.com/static.desenrolado.com/pc42fe399063493573aa1fc08ec450c5df7.jp g>. Acesso em: 28 jul. 2016. 14h49min. BLOG DO ENEM. Comparação das ideias de Lamarck e Charles Darwin. Disponível em: <http://blogdoenem.com.br/wp-content/uploads//sites/2/2013/12/girafas-lamarck- darwin.png>. Acesso em: 29 jul. 2016. 11h53min. CIÊNCIA HOJE. Caverna. Disponível em: <http://chc.org.br/wp- content/uploads/2015/03/gruna-da-tarimba.jpg>. Acesso em: 29 jul. 2016. 12h10min. CARILLET, David In: SHUTTERSTOCK Genetic common ancestry concept for evolution of primates. Disponível em: <http://www.shutterstock.com/pt/s/EVOLU%C3%87%C3%83O/search.html?page=2&th umb_size=mosaic&inline=122948293>. Acesso em: 28 jul. 2016. 12h37min. EDUCAÇÃO PÚBLICA DO RIO DE JANEIRO. Exemplos de estruturas análogas. Disponível em: < http://www.educacaopublica.rj.gov.br/oficinas/ed_ciencias/peixes/onde/aprendendo/im g/03_06a.gif>. Acesso em: 29 jul. 2016. 11h43min. PAPO DE PRIMATA. Exemplos de estruturas homólogas. Disponível em: < http://papodeprimata.com.br/wp-content/uploads/2015/06/EstuturasHomologas1024x787.jpg>. Acesso em: 29 jul. 2016. 10h36min. UOL. Árvore da Vida. Disponível em: <http://cs.i.uol.com.br/arvore-da-vida2.gif>. Acesso em: 28 jul. 2016. 16h25min. GABARITO 1. Alternativa C. A coincidência entre a cor da pelagem e a cor do solo revela uma adaptação das diferentes populações a diferentes condições do ambiente em que vivem. Isso se dá por meio de um processo de seleção natural. 2. Alternativa D. Segundo a teoria de Lamarck, a falta de uso de uma estrutura pelo indivíduo levaria ao seu desaparecimento (lei do uso e desuso). Com isso, segundo o texto, o não uso dos olhos levaria a sua ausência e essa característica passaria para os seus descendentes, segundo a herança dos caracteres adquiridos. 3. Alternativa B. Os organismos com as melhores adaptações ao ambiente em que vivem, ou seja, com determinadas características (melhor genética) sobrevivem, gerando descendentes. 4. Segundo Lamarck, em cavernas escuras a não utilização dos olhos poderia levar a uma atrofia gradual dessas estruturas. Essa característica seria transmitida para as gerações seguintes, cujos indivíduos não teriam olhos funcionais. 5. A existência prévia de animais com diferentes tipos de bicos é resultado da ação da seleção natural, que promoveria os seres vivos com maior adaptabilidade ao meio. Como os locais onde os pássaros habitam apresentam condições ambientais diferentes, os animais necessitaram adaptar-se as diferentes situações. O acúmulo de adaptações é que resulta no surgimento de novas espécies.
