Coleção 10 V - Livro 9 - Biologia - Professor by Editora Elabore

Ana Clara Oliveira Líliam Faleiro

FRENTE

Reconstrução do ambiente pré – cambriano com a presença dos primeiros artrópodes – os trilobitas.

BIOLOGIA Por falar nisso Os primeiros artrópodes surgiram há mais de 600 milhões de anos nos mares do período Pré-Cambriano. Desde então, eles evoluíram e se tornaram o grupo mais abundante e diversificado de animais na Terra. Os artrópodes ocuparam praticamente todos os habitats, desenvolvendo diferentes estilos de vida como estratégia de desenvolvimento e sobrevivência. O grupo é monofilético, ou seja, descendem de um ancestral exclusivo comum, por essa razão, muitas espécies do táxon compartilham características únicas (sinapomorfias). Tais caracteres surgiram durante a evolução dessa espécie ancestral em um processo que pode ser denominado de artropodização. Especula-se que tal processo possa ter proporcionado a construção de um planobásico corporal extremamente eficiente e que, a partir dele, tenha ocorrido uma imensurável diversificação com extremo sucesso. Durante a evolução de uma determinada espécie, ao longo do tempo, ocorrem modificações em sua forma devido à ocorrência de mutações e à fixação das alterações decorrentes de sua seleção natural. É o que entendemos por evolução anagenética (processo de anagênese). Sugere-se atualmente que esse ancestral artrópode, no início de sua anagênese, deveria ser um animal anelidiforme, ou seja, como um anelídeo. O primeiro grupo de artrópodes, os trilobitas, forma um clado fóssil, já extinto, de animais marinhos. A primeira aparição das trilobitas no registro fóssil data entre 540 e 521 milhões de anos, e explodiram em diversidade no Paleozoico antes de iniciarem um declínio prolongado para a extinção. Os trilobitas desapareceram na extinção em massa no final do Permiano há cerca de 252 milhões de anos. Foi um dos animais mais bem-sucedidos do Planeta e vagaram pelos oceanos do Planeta por mais de 270 milhões de anos. Como tinham ampla diversidade e um exoesqueleto facilmente fossilizável, os trilobitas deixaram um extenso registro fóssil com cerca de 17 mil espécies conhecidas. O estudo desses fósseis trouxe importantes contribuições para áreas, como: bioestratigrafia, paleontologia, biologia evolutiva e para a fundamentação de teorias como a tectônica de placas.

Reconstrução do trilobita a partir de registros fósseis. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

A13 A14 A15 A16

Filo Arthropoda ...............................................................................8 Filo Equinoderma ..........................................................................21 Protocordados...............................................................................27 Peixes ............................................................................................32

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A13

ASSUNTOS ABORDADOS n Filo Arthropoda n Características gerais n Anatomia e Fisiologia dos Artrópodes n Classificação dos artrópodes

FILO ARTHROPODA O filo Arthropoda (do grego “arthros” = articulação; “podos” = pé) é o de maior representatividade do Reino Animalia, com mais de um milhão de espécies catalogadas, representando cerca de 85% de toda a diversidade animal, sendo a maioria de insetos. O filo é dominante nos sistemas ecológicos atuais do Planeta e está presente em todos os ecossistemas terrestres e aquáticos. Os artrópodes podem ser encontrados em altitudes acima de 6 000 metros em montanhas e em profundidades de 9 500 metros nos oceanos. O sucesso dos artrópodes é atribuído, principalmente, aos apêndices articulados e ao exoesqueleto quitinoso e impermeável que funciona como uma armadura articulada, a fim de evitar a desidratação em um ambiente seco e servir como ponto de fixação para a musculatura, tornando a movimentação mais eficiente (movimentos em alavancas). Essas características qualificaram boa parte dos artrópodes para a conquista da terra onde encontraram um ambiente que oferecia reduzida competição. Outras características que garantiram o sucesso no novo ambiente, sobretudo, para os insetos, foram a respiração traqueal (aérea), a economia de água no organismo ao excretar ácido úrico e a capacidade de voar. Os artrópodes relacionam-se claramente com os anelídeos, mas não se sabe se os artrópodes surgiram dos anelídeos ou se ambos surgiram de um ancestral comum anelidiforme. Porém, sabe-se que existe um elo entre os dois filos, que são os Onichophoros.

Fonte: Wikimedia commons

Figura 01 - Arthropoda: corresponde a 85% de toda biodiversidade animal do Planeta.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Os artrópodes têm grande importância para o homem e para os ecossistemas. Por exemplo, os insetos desempenham um importante papel ecológico no meio terrestre, onde promovem a polinização da maioria das Angiospermas (entomofilia). Em contrapartida, as plantas ofertam recursos alimentares para esses insetos que tiveram um processo de coevolução em que um organismo contribuiu com a perpetuação do outro. Os crustáceos, como o camarão, o siri e os caranguejos são largamente consumidos na dieta humana. Alguns artrópodes são vetores de doenças humanas, como por exemplo, os mosquitos e barbeiros. Piolhos, pulgas, carrapatos e ácaros são ectoparasitas do homem e de outros animais. Outros artrópodes são perigosos por serem peçonhentos, como as aranhas e os escorpiões. Alguns destroem plantações produzindo quebra na produtividade agrícola. Tradicionalmente, o filo Arthropoda é dividido em cinco classes: Insecta, Crustacea, Arachnida, Chilopoda e Diplopoda, embora existam, atualmente, outras propostas de classificação dos artrópodes. Crustáceos e insetos são nomeados ainda como mandibulados; os aracnídeos são nomeados quelicerados; e chilópoda e diplópoda são nomeados miriápodas. Observe a imagem abaixo. Ela compara a representatividade das classes de artrópodes com outros grupos animais. O número associado ao grupo indica a quantidade em milhares de espécies conhecidas nos dias atuais.

9 9 1 2 1 3

Outros invertebrados Anelídeos Cnidário s Ver Nemato dos me s Ch ato Ve s rte bra do s

FILO ONYCHOPHOROS Os membros do filo Onychophora (do grego: “onichos”, garras; “phoro” = portador) são pequenos vermes descontinuamente distribuídos desde o Himalaia até a Nova Zelândia, partes da África e América do Sul. Vivem em lugares escuros e úmidos, embaixo de pedras ou troncos em decomposição. Os onicóforos apresentam características de anelídeos e artrópodes e as suas semelhanças aparecem na organização da musculatura (longitudinal e circular), no sistema excretor constituído de metanefrídeos e na estrutura dos órgãos reprodutores. Os onicóforos assemelham-se aos artrópodes por terem sistema circulatório aberto e respiração traqueal.

40 Fonte: Wikimedia commons

SAIBA MAIS

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Figura 02 - Onicóforos: elo evolutivo entre anelídeos e artrópodes.

Quelicerados 68

Besouros 350

Outros insetos

In se

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Dípteros 120

Lepidópteros 120 A13  Filo Arthropoda

Himenópteros 100 Artropodes Figura 03 - Comparação da representatividade dos grupos de artrópodes com os demais grupos animais.

Biologia

Características gerais Os artrópodes são animais triblásticos, celomados, esquizocélicos, exibem uma simetria bilateral e apresentam tubo digestório completo tendo o blastóporo se diferenciado em boca – protostômios. Apresentam celoma reduzido diante da hipertrofia da musculatura que movimenta os apêndices articulados. O corpo é segmentado, característica que os relacionam evolutivamente com os anelídeos. Os segmentos se fundem (tagmatização), formando as várias partes do corpo, denominadas tagmas (cabeça, tórax e abdome) e, em algumas espécies, os segmentos da cabeça fundem-se aos segmentos do tórax formando um tipo de tagma denominado cefalotórax. Nos miriápodas, os segmentos intermediários fundem-se aos segmentos posteriores, originando um tagma denominado tronco. Larva Fusão de 6 metâmeros

Adulto

Tagma cabeça Fusão de 3 metâmeros

Tagma tórax

Fusão de vários metâmeros Tagma abdome Metâmeros Figura 04 - Tagmas: cabeça, tórax e abdome.

A presença de um exoesqueleto rígido de quitina constituído de polissacarídeo nitrogenado impõe um peso limitante aos artrópodes. Sendo assim, de modo geral, são animais de pequeno porte. Além disso, esse exoesqueleto não permite o crescimento contínuo do animal, é preciso trocá-lo periodicamente para poder crescer. Essa troca é denominada muda ou ecdise e pode ocorrer várias vezes ao longo da vida. Todo o ciclo da muda é controlado pelo sistema endócrino: os hormônios envolvidos são a ecdisona que favorece o crescimento e a diferenciação das estruturas do adulto e a neotenina (hormônio juvenil) que funciona na retenção de características juvenis entre as mudas.

Anatomia e Fisiologia dos Artrópodes

A13  Filo Arthropoda

Sistema digestório

Figura 05 - Crescimento e mudas dos artrópodes. Compare a curva descontínua de crescimento dos artrópodes com a curva contínua de crescimento dos outros animais.

A digestão é extracelular. O sistema digestivo é do tipo completo com: boca, faringe, esôfago, papo, moela, estômago, intestino, reto e ânus. A moela muscular é responsável por triturar os alimentos. Os animais do filo artrópoda possuem diferentes aparelhos bucais formados por peças bucais articuladas: mandíbulas e maxilas (apenas nos artrópodes mandibulados). Os mosquitos possuem aparelho bucal tipo picador-sugador; as baratas, besouros, formigas e grilos possuem aparelho bucal do tipo mastigador; nas borboletas e mariposas o aparelho bucal é sugador, já nas abelhas, o aparelho bucal é do tipo lam-

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

bedor; nas aranhas é sugador devido à falta de mandíbula. As enzimas digestivas são secretadas por células da parede do intestino e de glândulas anexas, pelo hepatopâncreas e cecos gástricos. Os nutrientes são absorvidos pelas células da parede intestinal e dos cecos gástricos e são distribuídos pelo sistema circulatório. O ânus é terminal.

I - Lambedor

II- Picador

III- Sugador

IV-Mas gador

Figura 06 - Tipos de aparelhos bucais de insetos.

Sistema respiratório Existem três tipos de sistemas respiratórios nos artrópodes: traqueal, filotraqueal (pulmões foliáceos) e branquial. Os crustáceos apresentam respiração branquial, uma adaptação ao ambiente aquático. As brânquias se desenvolvem na base dos apêndices locomotores torácicos. O sangue, portador de pigmento respiratório, é responsável pelo transporte dos gases.

Aranhas e escorpiões apresentam um tipo de respiração denominado filotraqueal (filotraqueia ou “pulmão foliáceo”). As trocas gasosas ocorrem em uma região do abdômen que se comunica com o meio externo por meio de um poro dentro do qual o gás oxigênio é transportado para o sangue.

(Espiráculo) Es gma

Células/tecidos

A13  Filo Arthropoda

Insetos, quilópodos e diplópodos apresentam respiração traqueal, - processo importante para adaptação dos artrópodes no ambiente terrestre. O sistema respiratório traqueal é constituído por tubos finos, forrados de quitina (traqueias) que se originam na superfície do corpo e ramificam-se até chegar a todos os órgãos e tecidos internos desse grupo animal. Na lateral inferior do tórax e abdome dos insetos, há pequenos pares de aberturas (espiráculos ou estigmas), por onde o gás oxigênio do meio externo penetra nas traqueias até se difundir para as células enquanto o dióxido de carbono percorre o caminho inverso. Nos miriápodas, os espiráculos ocorrem ao longo do tronco e os artrópodes que apresentam respiração exInseto clusivamente traqueal são desprovidos de pigmento respiratório (hemocianina), uma vez que o sistema circulatório não participa do processo de transporte de gases nesses animais, pois as trocas gasosas são feitas diretamente com o ar atmosférico.

Meio externo Traqueia Figura 07 - Representação esquemática do sistema respiratório traqueal.

Biologia

Sistema excretor São encontrados três tipos básicos de sistemas excretores: glândulas antenais ou verdes, túbulos de Malpighi e glândulas coxais. As glândulas antenais ou glândulas verdes são encontradas nos crustáceos. Essas glândulas têm partes que filtram a hemolinfa e, por meio de um poro excretor, localizado na base das antenas longas, excretam, principalmente, amônia. As glândulas coxais são órgãos excretores dos aracnídeos, que têm como principal excreta uma base nitrogenada, a guanina, que é eliminada por meio de poros junto à base das pernas (coxas). Os túbulos de Malpighi são estruturas encontradas em insetos, quilópodos, diplópodos e alguns aracnídeos. Esses túbulos retiram as excretas das hemocelas (lacunas do sistema circulatório) e jogam na luz do intestino, de onde são eliminadas junto com as fezes. A principal excreta nitrogenada dos insetos e dos miriápodes é o ácido úrico. Inseto

Ânus Intes no

Intes no

Túbulos de Malpighi

Figura 08 - Representação esquemática do sistema excretor: Túbulos de Malpighi.

A13  Filo Arthropoda

Sistema circulatório Os artrópodes possuem sistema circulatório aberto (lacunar); coração dorsal, internamente dividido em câmaras separadas por orifícios com válvulas (ostíolo) que fazem a hemolinfa fluir em um único sentiGafanhoto Sistema de transporte aberto do, distribuindo sangue por meio de artérias para os órgãos e tecidos, de Coração tubular Válvula Os olo onde ele volta por lacunas do corOs olo Coração Artéria po ao coração. A maioria deles não Aorta Artéria apresenta pigmentos respiratórios no sangue que, nesse caso, é responsável somente pelo transporte de nutrientes e resíduos. Nos crustáceos e Lacunas parte dos aracnídeos, o sangue tem pigmento respiratório quase incolor Figura 09 - Representação esquemática do sistema circulatório dissolvido no plasma – hemocianina. Lacunas aberto com coração dorsal. 12

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sistema nervoso Sistema nervoso com pares de gânglios dorsais conectados a um par de cordões nervosos ventrais, com um gânglio em cada segmento do corpo. Os órgãos sensitivos incluem antenas com quimiorreceptores para olfato e pelos sensitivos (táteis e quimiorreceptores), órgãos auditivos, olhos simples e compostos. Esses últimos, formados por unidades visuais chamadas omatídeos. É possível que cada omatídio contribua com uma parte da cena ao transmitir seus respectivos impulsos para o sistema nervoso que compõe o mosaico e produz a imagem completa. Inseto

Coração

Tubulo de Malpigui

Intes no posterior

Papo Gânglio Cerebroide

Reto Glândula de veneno

Faringe

Ferrão Intes no médio

Glândula salivar Cordão nervoso central Figura 10 - Representação esquemática da morfologia interna de um inseto.

Sistema digestório Sistema nervoso

Sistema circulatório Sistema excretor

Sistema reprodutor Os artrópodes são, geralmente, dioicos com fecundação interna. Os ovos são ricos em vitelo, classificados como centrolécito e com segmentação superficial. Podem ter um ou mais estágios larvários. Em alguns insetos e aracnídeos, ocorre partenogênese.

SAIBA MAIS “AI, AI, AI, CARRAPATO NÃO TEM PAI” Não só os carrapatos, mas outros artrópodes também podem ser órfãos de pai. A partenogênese refere-se a um tipo de reprodução assexuada de animais em que o embrião se desenvolve de um óvulo sem ocorrência da fecundação. A reprodução nos carrapatos é sexuada e unissexuada: as fêmeas se formam por partenogênese, portanto não têm “pai” e para o nascimento dos machos, é necessário que ocorra a fecundação. Em outras espécies, esse processo é inverso: os machos de abelhas, vespas e formigas surgem pela partenogênese de óvulos não fecundados, portanto são haploides, enquanto as fêmeas são diploides. Existem ainda espécies como a Tityus serrulatus (escorpião amarelo) que só se reproduzem por partenogênese. Assim, só existem fêmeas e todo indivíduo adulto pode reproduzir sem a necessidade de acasalamento. Para ocorrer esse tipo de reprodução, basta que a fêmea encontre boas condições de calor e alimentação.

Classificação dos artrópodes Classe insecta

A13  Filo Arthropoda

Os insetos possuem o corpo dividido em três tagmas: cabeça, tórax e abdome. Na cabeça, possuem um par de antenas (díceros), dois olhos compostos e um olho simples (ocelos), além de possuírem peças bucais para mastigar, sugar ou lamber, consistindo de mandíbulas, maxilas, lábio e glândulas salivares que se abrem na boca. No tórax, se articulam três pares de apêndices locomotores (patas), são, portanto, hexápodas. A maioria dos insetos possui asas e poucas ordens são ápteras (destituídas de asas). Esses apêndices, quando presentes, também se articulam com o tórax e constituem expansões laminares do exoesqueleto quitinoso. As asas, geralmente, possuem dois pares nessa classe, além de permitir um deslocamento eficiente na exploração do ambiente seco, principalmente, na busca por alimentos, qualificando o animal para uma fuga rápida dos seus predadores. Um exemplo claro do antagonismo muscular dos artrópodes é o mecanismo do voo dos insetos. As asas movimentam-se pela ação conjunta dos músculos do voo, que se encontram no interior do tórax. Quando os músculos tergoesternais se contraem e os longitudinais relaxam, o tergo abaixa, e as asas se levantam. Quando ocorre o contrário, o tergo levanta e as asas se abaixam. 13

Biologia

Asas posteriores

Asas anteriores Tórax Cabeça

Abdome

Olho Composto

Antena Ferrão Língua

Posterior

Mediana Patas

Figura 11 - Representação esquemática da morfologia externa do inseto.

Os insetos são dioicos e realizam fecundação interna. A maioria das ordens apresenta um estágio com a forma corporal diferenciada da forma adulta, denominado ninfa. Nesse caso, são classificados como hemimetábolos (metamorfose incompleta), e como exemplo, temos: barbeiro, barata, piolho, gafanhoto e cigarra. Os insetos holometábolos apresentam dois estágios de desenvolvimento com formas corporais diferenciados da forma adulta, larva e pupa. A larva se alimenta ativamente para depois secretar um casulo que a envolve se tornando pupa. Dentro do casulo, a pupa se transforma em adulto ou imago. As pulgas, borboletas, besouros, abelhas, formigas e mosquitos são exemplos de insetos com metamorfose completa. Por fim, alguns insetos são ametábolos, com desenvolvimento direto, ou seja, não têm um estágio diferenciado anterior à fase adulta. Do ovo, eclode um jovem semelhante ao adulto. Esse tipo de desenvolvimento ocorre nas traças, por exemplo.

Figura 12 - Tipos de desenvolvimento embrionário de insetos.

Principais ordens de insetos: n n n n n n n A13  Filo Arthropoda

n n n n

Ordem Thysanura – ápteros, ametábolos. Ex.:Traça-de-livro Ordem Odonata – predadora aquática, hemimetábolo.Ex.:libélula. Ordem Orthoptera – último par de pernas alongados, adaptados para saltar, hemimetábolos. Ex.:gafanhotos e grilos. Ordem Isoptera – insetos coloniais, hemimetábolos. Ex.:cupins. Ordem Hemiptera – muitos são hematófagos, hemimetábolos. Ex.:cigarras, percevejos e barbeiros. Ordem Phthiraptera – ápteros, hemimetábolos. Ex.:piolho. Ordem Coleoptera – apresentam asas protetoras rígidas (élitros), holometábolos. Ex.:besouros e joaninhas. Ordem Lepidoptera– os dois pares de asas são membranosos, holometábolos. Ex.: borboleta e mariposas. Ordem Diptera – segundo par de asas modificado em balacins ou halteres, holometábolos. Ex.: moscas, mosquitos e pernilongos. Ordem Siphonaptera – ápteros, holometábolos. Ex.: pulgas. Ordem Hymenoptera – muitas espécies formam espécies altamente organizadas em sociedades, holometábolas. Ex.: abelhas, vespas e formigas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

SAIBA MAIS “Bicho de goiaba, goiaba é”, diz o ditado popular. Você acredita nesse ditado? Existem pessoas que acreditam. Afinal, dizem elas, desde que uma mosca-da-fruta coloca seus ovos na goiaba, as larvas que nascem desses ovos ficam abrigadas dentro do fruto, alimentando-se apenas dele. Por esse motivo, para essas pessoas, o ditado popular se cumpre, e bicho de goiaba, goiaba é. No entanto, biologicamente falando, o ditado popular “Bicho de goiaba, goiaba é”, não retrata a realidade. As moscas-das-frutas que atacam goiaba perfuram a casca dessa fruta para depositar os seus ovos. Desses ovos, eclodem larvas conhecidas popularmente por “bigato”, um bichinho esbranquiçado, que consumirá a polpa da goiaba durante os estádios de desenvolvimento pelos quais irá passar dentro da fruta. No entanto, isso não significa que o corpo dessas larvas seja composto de polpa de goiaba. A goiaba, então, apodrece e cai no solo. Ao cair, as larvas que se originaram dos ovos, deixarão o fruto e migrarão para o interior do solo, onde passarão pela fase de pupa. Depois de diversos dias, ainda no solo, o envoltório da pupa será rompido e dele emergirá uma mosca adulta.

Fonte: Wikimedia commons

BICHO DE GOIABA...GOIABA É?

Fonte: http://luciamariapaleari.blogspot.com/2016/08/bicho-da-goiaba-goiaba-e-as-moscas-das.html

Classe crustácea Constituída por camarões, caranguejo, lagostas, siri, cracas, barata da praia e tatuzinho de jardim os crustáceos são artrópodes aquáticos. Possuem o corpo dividido em dois tagmas, cefalotórax e abdome. No cefalotórax articulam-se dois pares de antenas, um par longo e um par curto (tetráceros) e possuem olhos compostos quase sempre pedunculados. Em número variável, as patas torácicas se articulam com o cefalotórax e as patas abdominais, que auxiliam na natação e se articulam com o abdome. O exoesqueleto quitinoso dos crustáceos é impregnado com sais de cálcio e magnésio. Existe uma grande variedade de hábitos alimentares nos crustáceos, podendo ser filtradores de matéria orgânica em suspensão, carnívoros, herbívoros e saprófagos. Apresentam um par de mandíbulas e um ou dois pares de maxilas que auxiliam na obtenção de alimentos. São animais dioicos, a fecundação é interna e, na maioria das espécies, ocorre o desenvolvimento indireto, produzindo uma larva que faz parte do zoopláncton. Cefalotórax Rostro

Abdômen

Antenas

Patas abdominais natatórias Brânquias (sobre a carapaça) Patas torácicas 5 pares

Telso A13  Filo Arthropoda

Maxilípedes

Urópodes

Figura 13 - Representação esquemática da morfologia externa do crustáceo (camarão).

Biologia

Classe aracnídea A classe é representada por carnívoros, como aranhas e escorpiões, que tem como ferramenta do predatismo as glândulas de veneno, e por parasitas do homem e de outros animais. Nesse último grupo, estão os carrapatos, que são hematófagos e ácaros como, por exemplo, o causador da sarna (Sarcoptes scabiei) e do ácaro parasita dos folículos pilosos e glândulas sebáceas humanas, popularmente chamado de “cravos” (Demodex folliculorum). Os aracnídeos possuem o corpo dividido em dois tagmas, cefalotórax e abdome. São áceros, ou seja, não possuem antenas. No cefalotórax, existem olhos simples e seis pares de apêndices articulados. São eles: um par de quelíceras (artrópodes quelicerados) junto à boca, apêndice esse utilizado para dilacerar a presa já que não possuem mandíbulas; um par de pedipalpos (palpos) e quatro pares de patas. Nas aranhas, as quelíceras são associadas às glândulas de veneno e são responsáveis pela inoculação do veneno. As aranhas, após paralisar suas presas por meio do veneno e cobri-las de saliva que contém enzimas digestivas, fazem digestão extracorpórea. A ação das enzimas promove digestão parcial da presa. Em um segundo momento, esse material é sugado e, no estômago, completar-se-á a digestão química extracelular. No abdome das aranhas, há glândulas produtoras do fio da seda e fiandeiras que são responsáveis pela construção da teia, estrutura essa que pode sustentar bolsas de ovos fecundados ou serem usadas como armadilha para capturar alimento, na maioria, insetos. Nos escorpiões, os palpos são transformados em fortes “pinças” usadas no aprisionamento das presas e existe um pós-abdome ou telson (cauda). Na extremidade da cauda, o aguilhão é a estrutura inoculadora de veneno. Os aracnídeos são dioicos e possuem fecundação interna com desenvolvimento direto. A aranha macho armazena espermatozoides na extremidade do pedipalpo e, assim, o utiliza para introduzir gametas, por meio do poro genital no corpo da fêmea. O escorpião libera seus espermatozoides na terra e posiciona a fêmea sobre os mesmos para que penetrem pelo poro genital no corpo. Em algumas espécies de escorpiões, ocorre partenogênese.

Calda com ferrão (aguilhão)

Pedipalpo

Pós-abdome (telson)

Quelíceras

Pata

A13  Filo Arthropoda

Abdome

Cefalotórax Figura 14 - Representação esquemática da morfologia externa do aracnídeo (escorpião).

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Espécie

Nome popular

Características

Tipo de veneno

Tratamento

Phoneutria sp

Aranha armadeira

Não forma teia, tem hábitos noturnos, é rápida e agressiva. Mede até 17 cm.

Neurotóxico e cardiotóxico.

Soro específico ou infiltrado com anestésico.

Loxosceles sp

Aranha marrom

Forma teia, tem hábitos noturnos, não é agressivas. Mede até 4cm.

Necrosante e hemolítico.

Soro antiloxoscélico.

Latrodectus sp

Aranha viúva negra

Forma teia, tem hábitos noturnos, só a fêmea agride o homem. Mede até 3 cm.

Neurotóxico.

Soro antilatrodéctico e anestésico local.

Lycosa sp

Aranha de grama ou tarântula

A maioria não constrói teias, tem hábitos diurnos e noturnos. Mede até 5 cm.

Necrosante.

Anestésico local.

Titys bahiensis

Escorpião marrom

Tem hábitos noturnos, é marrom avermelhado, chega a medir 7 cm de comprimento.

Neurotóxico.

Soro antiescorpiônico e anestésico local.

Escorpião amarelo

Tem hábitos noturnos, amarelo claro com manchas escuras sobre o dorso, chega a medir 7 cm de comprimento.

Neurotóxico com ação específica sobre o bulbo, podendo produzir parada respiratória.

Soro antiescorpiônico e anestésico local.

Titys serrulatus

Tabela 01 - Principais aracnídeos de interesse médico.

Classe diplópoda A classe é representada pelo piolho de cobra ou embuá. Um animal passivo, lento, de hábito alimentar herbívoro e sempre escondido sob pedras e troncos. O corpo é dividido em cabeça e tronco. Na cabeça, tem um par de antenas (díceros) curtas e olhos simples. No tronco, visivelmente segmentado, ocorre um par de patas por metâmero torácico e dois pares de patas por metâmero correspondente à região do abdome. São animais dioicos com fecundação interna e desenvolvimento direto.

A13  Filo Arthropoda

Fonte: Wikimedia commons

Figura 15 - Piolho de cobra ou embuá.

Biologia

Classe chilópoda Constituída por espécies de lacraias (centopeias) a classe abriga animais predadores carnívoros. Utiliza potente veneno, inoculado pelo primeiro par de apêndices modificados em forcípulas para paralisar as presas. São animais extremamente rápidos e agressivos. O corpo é dividido em cabeça e tronco e são achatados dorso- ventralmente. Na cabeça, têm um par de antenas longas (díceros) e olhos compostos. No tronco, possuem um par de patas por metâmeros. São animais dioicos com fecundação interna e desenvolvimento direto. Vetor

Classe/Ordem do vetor

Agente etiológico transmitido pelo vetor

Doença

Anopheles darlingi

Insecta/Díptera

Protozoário Plasmodium

Malária

Culex fatigans

Insecta/Díptera

Nematelminto Wuchereria bancrofti

Filariose ou elefantíase

Aedes aegypti

Insecta/Díptera

Vírus da dengue, febre amarela, chikungunya e zika

Dengue, febre amarela, chikungunya e zika

Lutzomyia longipalpis

Insecta/Díptera

Protozoários Leishmania braziliensis e Leishamania chagasi

Úlcera de Bauru e Calazar, respectivamente

Triatoma infestans

Insecta/Hemíptera

Protozoário Trypanosoma cruzi

Doença de Chagas

Panstrongy lusmegistus

Insecta/Hemíptera

Protozoário Trypanosoma cruzi

Doença de Chagas

Glossina palpalis ou mosca tsé-tsé

Insecta/Díptera

Protozoário Trypanosoma brucei

Doença do sono

Xenopsylla cheops

Insecta/Siphonaptera

Bactéria Yersiniapestis

Peste bulbônica

Simulim minusculum (Mosquito borrachudo)

Insecta/Díptera

Nematelminto Onchocerca volvulus

Oncocercose ou cegueira dos rios

Peduculus humanus (piolho)

Insecta/Phthiraptera

Bactéria Rickettsia typhi

Tifo

Dermatobia hominis (mosca)

Insecta/Díptera

Larva de díptero Dermatobia hominis

Berne

Amblyommaca jennense

Aracnídea/Ixodida

Bactéria Rickettsia rickettsii

Febre maculosa

Tabela 02 - Principais artrópodes vetores de doenças humanas.

Fonte: Wikimedia A13 commons Filo Arthropoda

Figura 16 - Lacraia ou centopeia.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação 01. (CPS) Em uma aula prática de Biologia, o professor solicitou que os alunos identificassem as principais características

04. (FCM MG) Com relação aos insetos, a charge abaixo se refere ao processo de:

dos táxons representados pelos exemplares de uma coleção de artrópodes que incluía aranhas, abelhas, carrapatos, escorpiões, formigas, moscas, camarões, siris e lacraias. Considerando os animais citados no texto, os alunos concluíram corretamente que a) apenas as aranhas, os escorpiões e os carrapatos possuem o corpo revestido por exoesqueleto. b) todos têm os membros locomotores articulados e o corpo segmentado. c) apenas as abelhas, as formigas e as moscas possuem antenas. d) apenas as abelhas possuem asas. e) todos são venenosos e podem voar. 02. (PUC SP) As imagens a seguir mostram dois vetores de doenças que afetam milhares de pessoas no Brasil.

a) Menarca. b) Mutação. c) Mimetismo. d) Metamorfose. 05. (UEG) A charge a seguir retrata a indagação de muitas pessoas atualmente. As doenças transmitidas pelo vetor representado fazem com que as pessoas adquiram sintomas similares.

A - Aedes aegyp (pernilongo-rajado)

B - Lutzomyia longipalpis (mosquito-palha)

Os agentes etiológicos transmitidos pelos vetores A e B acima são, respectivamente, classificados como a) vírus e nematelminto. b) bactéria e vírus. c) vírus e protozoário. d) bactéria e nematelminto. Sobre o vetor transmissor dos vírus da dengue e zika, tem-se o seguinte: a) possui seis patas, peças bucais externas, listras brancas em seu abdômen e pernas e pertence ao filo Arthropoda. b) possui semelhança com mosquito Anopheles, transmissor da malária, uma vez que as peças bucais são internas e externas, favorecendo as picadas. c) possui listras brancas em seu tórax e pernas, alongadas nas peças bucais internas e pertence ao filo Arthropoda. d) possui oito patas e corpo dividido em cabeça, antenas e tórax além da presença de listras brancas. e) possui quatro pares de antenas e corpo dividido em cabeça e abdômen, listrado até o tórax.

A13  Filo Arthropoda

03. (PUC SP) Em vários grupos animais, a troca de gases respiratórios com o ambiente depende do trabalho conjunto realizado entre sistema respiratório e sistema circulatório. Enquanto o sistema respiratório se ocupa da aquisição e eliminação de gases realizados diretamente entre o organismo e o ambiente, o sistema circulatório atua na distribuição desses gases pelo corpo. No entanto, existem animais cujo sistema circulatório é desprovido de funções respiratórias, como, por exemplo: a) os insetos. b) os peixes. c) os crustáceos. d) os anfíbios.

etos pênn, e o. À ndo, carao do ente áfico e reo de

Biologia

Exercícios Complementares 01. (Unisc SC) Diversas doenças humanas são transmitidas por vetores. Marque a alternativa em que estão presentes somente doenças transmitidas por insetos. a) Malária, doença de Chagas e febre amarela. b) Giardíase, doença de Chagas e dengue. c) Dengue, leishmaniose e teníase. d) Chikungunya, malária e toxoplasmose. e) Febre amarela, HPV e chikungunya. 02. (UEPG) Os artrópodes são animais que possuem corpos segmentados, exoesqueleto e apêndices articulados, acionados por músculos de contração rápida. Assinale o que for correto sobre o filo Arthropoda. 01. Os aracnídeos possuem o corpo dividido em cabeça, tórax e abdome. Na cabeça há um par de antenas e dois olhos compostos. No abdome, podemos observar os maxilípedes, utilizados para manipulação de alimentos. 02. O corpo dos insetos é dividido em cabeça, tórax e abdome. Possuem tubo digestório completo e digestão extracelular, enquanto a respiração é feita por traqueias. 04. Nos crustáceos, o exoesqueleto é reforçado por sais de cálcio, geralmente possuem o corpo dividido em cefalotórax e abdome. O sangue dos crustáceos contém pigmentos respiratórios e a excreção depende de glândulas situadas na cabeça (glândulas verdes ou antenares). 08. Nas aranhas, a digestão é extracorpórea, pois primeiramente ocorre a injeção de veneno na presa e depois a secreção de enzimas para digestão, quando finalmente o produto líquido é sugado. 16. O crescimento nos artrópodes não é contínuo, como nos outros animais. O exoesqueleto sofre mudas ou ecdises ao longo do crescimento. O esqueleto antigo é denominado de exúvia. 03. (Famerp) A figura ilustra um corte do tegumento de um animal invertebrado. Camada de cera Qui na rígida Qui na flexível

A13  Filo Arthropoda

Epiderme

Com base na figura, é correto afirmar que o animal que possui esse tegumento a) possui grande facilidade de se desidratar. b) vive obrigatoriamente em ambiente aquático.

c) elimina excretas nitrogenadas por difusão. d) realiza respiração cutânea. e) realiza trocas periódicas do exoesqueleto. 04. (UCPEL) Recentemente, a revista Zootaxa publicou o artigo “A new and endangered species of Kingsleya Ortmann”, 1897 (Crustacea: Decapoda: Brachyura: Pseudothelphusidae) from Ceará, northeastern Brazil. Pinheiro, A.P.; Santana, W. 2016. Zootaxa, Sep 28; 4171(2): 366-372, doi: 10.11646/zootaxa.4171.2.9

Essa nova espécie, dentre outras características, apresenta: a) cavidade celomática e blastóporo originando primeiro a boca. b) simetria radial e ureia como principal excreta nitrogenada. c) corpo revestido por manto e capacidade de realizar muda. d) respiração traqueal e sistema circulatório aberto. e) dois pares de antenas e quatro pares de pernas. 05. (Fuvest SP) Tatuzinhos-de-jardim, escorpiões, siris, centopeias eborboletas são todos artrópodes. Compartilham, portanto,as seguintes características: a) simetria bilateral, respiração traqueal e excreção portúbulos de Malpighi. b) simetria bilateral, esqueleto corporal externo eapêndices articulados. c) presença de cefalotórax, sistema digestório incompletoe circulação aberta. d) corpo não segmentado, apêndices articulados erespiração traqueal. e) corpo não segmentado, esqueleto corporal externo eexcreção por túbulos de Malpighi. 06. (UEPG) Com relação aos tipos de desenvolvimento dos insetos, assinale o que estiver correto. 01. Os insetos com desenvolvimento direto são denominados ametábolos. O termo ressalta o fato de não haver grandes transformações durante o desenvolvimento, uma vez que o jovem já se assemelha ao adulto, sendo apenas menor. 02. Nos insetos hemimetábolos, do ovo eclode uma forma chamada ninfa, que é semelhante ao adulto, mas não tem asas desenvolvidas. A ninfa origina o adulto. 04. São tipos de desenvolvimento indireto dos insetos: ametábolo, hemimetábolo, holometábolo. 08. No desenvolvimento holometábolo, do ovo eclode uma larva bastante semelhante ao indivíduo adulto. 16. Borboletas e mariposas são insetos que apresentam desenvolvimento indireto, com metamorfose gradual ou

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A14

FILO ECHINODERMATA

ASSUNTOS ABORDADOS

O filo Echinodermata é constituído por cerca de 7 000 espécies distribuídas em cinco classes: Crinoidea, Asteroidea, Ophiuroidea, Echinoidea e Holothuroidea. Apresentam enterocelomia, ou seja, o celoma forma-se a partir de dobras do teto do arquêntero ou intestino primitivo e deuterostomia, o blastóporo dá origem ao ânus, o que nos leva a crer que esses animais tenham se originado de um ancestral comum aos dos cordados. Além disso, os cordados e os equinodermos têm um esqueleto interno e algumas espécies podem apresentar espinhos na superfície do corpo. Todos os representantes do filo são de vida livre, podem ser encontrados em todos os oceanos, latitudes e profundidades, da zona entre marés às regiões abissais, sendo mais abundantes na região tropical do que nas águas polares.

n Filo Echinodermata

Características morfofisiológicas Os animais desse filo são exclusivamente marinhos, a maioria de hábitos bentônicos não apresenta segmentação, nunca formam colônia e podem atingir até um metro de comprimento. As larvas são planctônicas e apresentam simetria bilateral (simetria primária). No processo de metamorfose, as larvas se deslocam para o fundo junto ao substrato marinho dando origem aos equinodermos adultos de simetria radial (secundária). A simetria radial está relacionada ao hábito sedentário da maioria dos equinodermos e a larva apresenta aspectos morfofisiológicos mais evoluídos do que o adulto. O corpo do equinodermo, quando adulto, sugere a ocorrência de uma “involução”, sob o aspecto fisiológico e anatômico por meio do sistema hidrovascular. Tal sistema é formado por um conjunto de canais, ampolas e pés, por onde circula a água do mar e assume funções de deslocamento, respiração, excreção, fixação e captura de alimentos. Revestimento A epiderme é uniestratificada e reveste os espinhos. Alguns possuem pequenas pinças denominadas pedicelárias, que servem para a defesa e limpeza do corpo do animal. Digestão O tubo digestivo é completo, exceto nos ofiuroides (a serpente-do-mar não possui ânus). Os representantes da classe dos asteroides (estrelas-do-mar) são carnívoras, e os equinoides (ouriço-do-mar) se alimentam de algas que são trituradas pela lanterna-de-aristóteles - um conjunto de cinco dentes calcários sustentados por uma estrutura composta por ossículos e músculos. A boca, em geral, está voltada para o substrato (face oral) e o ânus está na face oposta (face aboral).

Figura 01 - Sistema ambulacrário e morfologia interna do ouriço do mar.

Biologia

Sistema hidrovascular Sistema exclusivo da fase adulta, também nomeado ambulacral ou vascular aquífero. Na face aboral (oposta à face oral) existem poros. Por esses poros, há entrada constante de água que percorre um canal pétreo e chega a um canal circular. O canal circular se divide em cinco canais radiais. A água percorre esses canais por estruturas chamadas ampolas e pés ambulacrários. A contração das ampolas empurra a água para os pés ambulacrários, que se alongam e se fixam no substrato como ventosas. A seguir, a musculatura do pé sofre contração, empurrando a água para a ampola que se distende; nesse momento, os pés retraem-se. Essa repetição produz um deslocamento lento e durante a trajetória da água pelos canais do sistema ambulacrário, ocorrem também trocas gasosas e eliminação de excretas. A troca gasosa e a excreção de amônia acontecem por difusão nas paredes das pápulas ou brânquias dérmicas que se projetam da cavidade do corpo entre os espinhos. Na ausência de um sistema circulatório, o grande celoma com seu líquido celomático servem para transportar alimento e oxigênio para as células dos tecidos e para levar as excretas e o dióxido de carbono. A

Contração da ampola

Distensão do pé ambulacral

Canal radial

Contração da musculatura de sucção Pé ambulacral fixado ao substrato

Relaxamento da musculatura da ampola C Relaxamento da musculatura de sucção Glândulas de muco

Contração do pé ambulacral

Pé ambulacral solto do substrato

Substrato Figura 02 - Representação esquemática dos movimentos dos pés ambulacrais.

Os equinodermos apresentam um endoesqueleto de placas calcárias (macroscópicas ou microscópicas) de origem mesodérmica. São sésseis ou apresentam locomoção lenta, feita por pés ambulacrários. Nos ouriços-do-mar, os espinhos são longos e móveis e participam da locomoção. Sistema nervoso Não há um sistema nervoso com gânglios cerebroides, existe um anel nervoso próximo à região oral (peribucal), de onde saem cordões nervosos radiais. A percepção sensorial de todos os tipos – tato, luz, química– é uma função das células sensitivas não especializadas da epiderme. Reprodução

A14  Filo Echinodermata

Os equinodermos são dioicos, com fecundação externa e desenvolvimento indireto. Cada classe apresenta um tipo característico de larva: bipinária (Asteroidea); plúteus (Echinoidea); dolidária (Crinoidea) e auriculária (Holothuroidea). A estrela, o ouriço e o pepino têm capacidade de regenerar partes perdidas. Se o disco central estiver intacto, há espécies de estrela-do-mar que conseguem se locomover e se alimentar com apenas um dos braços, enquanto ocorre o processo de regeneração através de divisões celulares. O pepino-do-mar, em situação extrema de perigo, deixa parte de suas vísceras (órgãos internos). Isso é vantajoso, pois distrai os predadores e lhe dá tempo de escapar. 22

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Classificação A classificação dos equinodermos varia de acordo com os autores, porém são reconhecidas cinco classes principais: Asteroidea, Ophiuroidea, Echinoidea, Holothuroidea e Crinoidea. Asteroidea

Fonte: Wikimedia commons

Corpo achatado em forma de estrela, geralmente com cinco braços. São predadores que se alimentam de moluscos e de crustáceos. São representantes dessa classe, as estrelas-do-mar.

Figura 03 - Classe asteroidea: estrela-do-mar.

Echinoidea Corpo circular (por exemplo, ouriço-do-mar) ou achatado (como a bolacha-da-praia), sem braços. A boca fica voltada para o substrato e o ânus na região superior (aboral). Alimentam-se de algas e outros detritos fixos ao substrato.

A14  Filo Echinodermata

Fonte: Wikimedia commons

Figura 04 - Classe equinoidea: ouriço-do-mar e bolacha-do-mar.

Biologia

Holothuroidea

Fonte: Wikimedia commons

Difere do padrão do filo por apresentar corpo alongado, macio e sem braços. Alimenta-se de detritos orgânicos e tem como representante da classe os pepinos-do-mar.

Figura 05 - Classe holoturoidea: pepino-do-mar.

Crinoidea Tem corpo em forma de taça, com cinco braços ramificados, unidos em um pedúnculo. É séssil e alimenta-se de plâncton e detritos orgânicos em suspensão na água. Os representantes dessa classe são os lírios-do-mar. Ophiuroidea Corpo achatado, com cinco braços articulados e ligados a um disco central. Alimenta-se de pequenos moluscos, crustáceos e detritos, e a boca fica voltada para o substrato. Essa é a única classe com ausência de ânus. Os representantes são as serpentes-do-mar.

Figura 07 - Classe ofiuroidea: serpente-do-mar.

Fonte: Wikimedia commons

A14  Filo Echinodermata

Figura 06 - Classe crinoidea: lírio-do-mar.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação 01. (UFMS) Simetria pentarradial, sistema hidrovascular, presença de uma placa madrepórica e de pés-ambulacrais, são características do(a): a) Estrela-do-mar. d) Anêmona-do-mar. b) Ácaro. e) Sapo. c) Minhoca. 02. (UPF) “Um pequenino grão de areia que era um pobre sonhador olhando o céu viu uma estrela e imaginou coisas de amor (...) (...) o que há de verdade é que depois, muito depois, apareceu a estrela do mar”

a) do desenvolvimento embrionário. b) da simetria dos organismos. c) do documentário fóssil. d) da fisiologia. e) do genoma. 05. (Cesesp PE) O esquema a seguir, representando a estrutura interna de um Echinodermata, diz respeito a: 3

(Herivelto Martins)

As estrelas do mar são a) equinodermos com revestimento calcário, sem espinhos e tecido muscular. b) equinodermos com epiderme recobrindo os espinhos calcários articulados às placas do endoesqueleto. c) equinodermos com epiderme queratinizada nos pés ambulacrais e superfície corporal lisa. d) poríferos com epiderme recobrindo os espinhos calcários articulados às placas do esqueleto. e) poríferos com epiderme queratinizada nos pés ambulacrais. 03. (UFG) Observe a tira a seguir:

a) um ouriço-do-mar, sendo os números 1, 2 e 3: a boca, o intestino e o ânus, respectivamente. b) uma estrela-do-mar, sendo os números 1, 2 e 3: o ânus, o intestino e a boca, respectivamente. c) um ouriço-do-mar, sendo os números 1, 2 e 3: o ânus, o intestino e a boca, respectivamente. d) uma estrela-do-mar, sendo os números 1, 2 e 3: a boca, o intestino e o ânus, respectivamente. e) um pepino-do-mar, sendo os números 1, 2 e 3: a boca, o intestino e o ânus, respectivamente. 06. (UFRGS) A coluna da esquerda, abaixo, apresenta características de diferentes grupos de invertebrados; a da direita, três grupos de invertebrados. Associe adequadamente a coluna da direita à da esquerda.

04. (UFC) O filo dos invertebrados mais relacionado ao homem é aquele que inclui as estrelas-do-mar, ou seja, os equinodermas. A justificativa para essa conclusão surpreendente foi baseada principalmente no estudo comparativo

( ) Crustáceos

2. Locomoção realizada pelo sistema ambulacrário

( ) Moluscos

3. Corpo composto de exoesqueleto

( ) Equinodermas

4. Presença de respiração por espiráculos A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é a) 3 – 4 – 1. b) 3 – 1 – 2. c) 1 – 4 – 3. d) 2 – 1 – 4. e) 1 – 2 – 3.

A14  Filo Echinodermata

O invertebrado, observado por Mafalda, pertence ao filo que, evolutivamente, é o mais próximo dos cordados, por apresentarem a) habitat marinho. b) mesoderme. c) deuterostomia. d) fecundação externa. e) simetria radial.

1. Rádula como estrutura para alimentação

Biologia

nta o ourierior uma acas . No ser-

Exercícios Complementares 01. (UFGPR) Durante a metamorfose, um animal pode sofrer alterações marcadas na estrutura do seu corpo. Contudo, a magnitude dessas alterações varia entre grupos de animais. Sobre esse tema, considere as seguintes afirmativas: 1. Em cnidários, tanto pólipos como medusas apresentam o mesmo sistema respiratório. 2. Larvas e adultos de equinodermos normalmente têm o mesmo tipo de simetria. 3. Girinos e sapos diferem em seus sistemas respiratórios. 4. Em algumas espécies de borboletas, imaturos podem ter uma dieta completamente diferente da dieta de adultos. 5. Larvas de crustáceos comumente mudam de um estado séssil para a vida livre durante a sua metamorfose. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. b) Somente as afirmativas 1, 3 e 4 são verdadeiras. c) Somente as afirmativas 2, 3 e 5 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 2, 4 e 5 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 1, 3, 4 e 5 são verdadeiras. 02. (UFV) Os invertebrados prepararam uma grande festa zoológica. Entretanto, para manter os bons costumes e evitar confusão, os convites continham a seguinte advertência: “Aqueles que apresentarem fecundação interna, não entram”. Assim, dos invertebrados abaixo, aquele que poderá participar da festa é a) a aranha. d) o gafanhoto. b) a lombriga. e) o caracol-de-jardim. c) o ouriço-do-mar. 03. (Mackenzie SP) Considere os grupos de invertebrados relacionados abaixo e as características descritas. Grupos de invertebrados

Características

I. Platelmintos

1. Excreção por células-flama

II. Anelídeos

2. Deuterostômios (blastóporo dá origem ao ânus)

III. Nematódeos

3. Pseudocelomados

IV. Equinodermos

4. Respiração pulmonar ou branquial

V. Moluscos

5. Celomados

A14  Filo Echinodermata

A alternativa que relaciona corretamente o grupo de invertebrado com as características é:

III

04. (PUC RS) Responder à questão com base nas afirmativas a seguir. I. Os coanócitos são células especializadas presentes em esponjas (Porifera). Além de propiciarem a circulação de água através da esponja, conseguem reter pequenas partículas alimentares em suspensão na água. II. As anêmonas-do-mar, os pólipos de corais e as mães-d’água (Cnidária) apresentam em seus tentáculos células especializadas (cnidócitos) que, através de uma estrutura denominada nematocisto, são capazes de injetar toxinas e aprisionar vítimas em potencial. III. Os artrópodos apresentam um exoesqueleto de quitina. Para crescerem, necessitam substituir o exoesqueleto periodicamente, em processo denominado ecdise. IV. O sistema hidrovascular ou ambulacral constitui-se em característica única dos equinodermos, sendo utilizado para locomoção, fixação e alimentação. As afirmativas corretas são a) I, II e III, apenas. d) II, III e IV, apenas. b) I, II e IV, apenas. e) I, II, III e IV. c) I, III e IV, apenas. 05. (UEL PR) Considere as características reprodutivas a seguir. I. sexos separados II. dimorfismo sexual III. fecundação externa IV. desenvolvimento indireto Nos equinodermos ocorrem, geralmente, APENAS a) I e II. c) I, II e IV. e) II, III e IV. b) II e III. d) I, III e IV. 06. (UFF) Assim como os moluscos, anelídeos e artrópodes, os equinodermos também são invertebrados triploblásticos e celomados. A larva dos equinodermos é planctônica, mas, na época da metamorfose, assenta-se sobre o substrato e dá origem ao adulto, que é séssil, ou apresenta pequena capacidade de deslocamento. I

III

VII

Dentre os animais marinhos da figura acima, três dos representantes do filo ‘Echinodermata’ estão indicados por a) I, II, V. d) III, VI, VII. b) I, III, IV. e) V, VI, VII. c) III, IV, VI.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A15

PROTOCORDADOS

ASSUNTOS ABORDADOS

O filo Chordata (do latim: “chorda”, cordão) é o maior filo e o ecologicamente mais significativo da linha deuterostômica de evolução. Essa espécie compreende os animais com simetria bilateral, com alguns grupos de animais invertebrados (protocordados) e todos os animais vertebrados. Os protocordados são todos marinhos, pequenos, sem crânio e sem vértebras, incluindo os urocordados e os cefalocordados. Todos os outros cordados são craniatas, ou seja, possuem crânio: peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos. Na primeira parte desse capítulo, iremos estudar as características gerais do filo Chordata e, na segunda parte, aprofundaremos nosso estudo nos protocordados.

n Protocordados n Características gerais dos cordados n Classificação dos cordados

Características gerais dos cordados Os cordados apresentam uma estrutura flexível, todavia rígida, de origem mesodérmica na maioria dos representantes do filo que é constituído de tecido conjuntivo responsável por formar a primeira estrutura de sustentação de um cordado. Essa estrutura é a notocorda, que de peixes a mamíferos, mais tarde é substituída pela coluna vertebral. O tubo nervoso dorsal formado acima da notocorda, pelo afundamento da ectoderme dorsal do embrião, no final do estágio de gástrula, dará origem ao sistema nervoso central. Os vertebrados possuem a maior centralização do sistema nervoso e maior desenvolvimento dos órgãos do sentido, que se desdobram em complexos padrões comportamentais. Tubo neural Notocorda

Celoma

Mesoderme

Endoderme

Arquêntero

Ectoderme

Figura 01 - Representação esquemática do corte transversal da gástrula de anfioxo.

Existem também as fendas branquiais pares (ou faringe branquial) que se desenvolvem na faringe embrionária. Nos vertebrados que apresentam respiração pulmonar, essas fendas desenvolvem-se somente nos embriões e desaparecem antes do nascimento. Nos aquáticos, cuja respiração é branquial, as fendas formam as brânquias. 27

Biologia

Todos os cordados aquáticos, desde os tunicados até os anfíbios, respiram por brânquias. Nos anfíbios os quais se transformam de larvas aquáticas em adultos terrestres, as brânquias desaparecem durante a metamorfose. Frequentemente, os cordados apresentam um prolongamento do corpo, posterior ao ânus, denominado cauda pós-anal. Essa região é musculosa e pode auxiliar no deslocamento, servir de apoio ao corpo e até ser usada como defesa. Cordados Echinodemata

Urochordata

Cephalochordata

Craniata Encéfalo Crânio

Notocorda restrita à região caudal das larvas

Notocorda desde a região anterior até a posterior do corpo Cauda pós-anal Fendas faringianas

Tubo nervoso dorsal oco

Notocorda Metameria Deuterostomia Figura 02 - Proposta de filogenia do filo Chordata.

Classificação dos cordados Subfilo Urochordata O nome do grupo se deve ao fato da notocorda estar presente somente na cauda da larva. A larva é planctônica e mede entre 1 a 5 mm de tamanho. Na passagem da larva para a fase adulta, a notocorda regride e desaparece. A musculatura e o tubo nervoso também são reabsorvidos e regridem, de todo, o tubo nervoso dorsal restará apenas um gânglio nervoso no adulto. Tanto a larva quanto o animal adulto são animais filtradores, função desempenhada pela faringe branquial (fendas branquiais) que, além de desenvolver a respiração no ambiente aquático, também tem função nutridora. Os urocordados mais conhecidos são as ascídias. Boca

Atrióporo Átrio Tubo neural

A15  Protocordados

Faringe branquial

Notocorda Intes no Estômago Figura 03 - Representação esquemática da larva de ascídia em corte longitudinal.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

A ascídia é um protocordado que, quando adulto, vive isolado ou forma colônia na orla marinha. Somente a fase larval, de vida livre, apresenta as três características essências que definem um cordado. Os adultos são sésseis e possuem uma túnica que corresponde a um exoesqueleto que são, inclusive, nomeados tunicados. A túnica é constituída de polissacarídeo semelhante à celulose: a tunicina.

Sifão inalante

Gânglio nervoso Sifão exalante Átrio Túnica

Faringe

A túnica apresenta dois sifões. O primeiro, o sifão inalanbranquial Ânus te, permite a entrada de água trazendo oxigênio e partículas Poros genitais Esôfago alimentares que ficam retidas na faringe (endóstilo). Por batiGônada masculina mento ciliar, o alimento é levado da faringe ao estômago e ao Gônada feminina Coração intestino, onde ocorre a digestão extracelular. No final do inEstômago testino, o ânus se abre próximo ao segundo sifão, assim como os poros genitais conectados às gônodas. A água que entra no animal banha um espaço denominado átrio e sai pelo se- Figura 04 - Representação esquemática da ascídia adulta em corte longitudinal. gundo sifão, o sifão exalante, levando as fezes, gás carbônico, excretas nitrogenadas e gametas. Os urocordados são animais monoicos, com fecundação externa e desenvolvimento indireto. Alguns tunicados também se reproduzem assexuadamente por brotamento. Subfilo Cefalochordata Os cefalocordados estão representados pelos anfioxos, animais que vivem na orla marinha. A notocorda que está presente durante toda a vida do animal funciona como endoesqueleto e estende-se da cabeça até a cauda (por isso o nome do grupo) impedindo a deformação do animal, uma vez que a sustentação é garantida pelo empuxo da água. Possui aparência de um peixe, com aproximadamente 5 cm de comprimento e é achatado lateralmente. Vive geralmente enterrado na areia grossa das praias, em locais de águas calmas, embora possam nadar ativamente.

A15  Protocordados

Os animais possuem as duas extremidades afiladas e seu nome, anfioxo, deriva desse fato. Na região anterior, destacam-se nos adultos os cirros bucais, cuja função é movimentar e filtrar a água atraindo partículas alimentares que são retidas no interior da faringe branquial. Ao redor da faringe branquial, existe uma cavidade denominada átrio. A água entra pela boca, passa pelas fendas branquiais, molha o átrio e vai para o exterior através do atrióporo. As fezes são eliminadas pelo ânus que se abre diretamente para fora do corpo. O sistema circulatório é constituído por vasos, porém, não tem coração. Nefrídeos fazem o trabalho de remoção de excretas. São animais dioicos, as gônadas se abrem no átrio onde são lançados os gametas que saem através do atrióporo para o meio externo. A fecundação é externa com desenvolvimento indireto.

Figura 05 - Representação esquemática de anfioxo em corte longitudinal.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (UFRGS) Os tunicados, tais como as ascídias, e os cefalocordados, tais como os anfioxos, são exemplos de a) peixes ósseos. b) equinodermas. c) cordados não vertebrados. d) cnidários. e) urodelos.

dos, esses que os antecederam na história evolutiva. Entre os animais relacionados a seguir, pertencem ao filo cordado: 1) Tubarão 2) Peixe ósseo 3) Sapo 4) Caracol 5) Estrela-do-mar 6) Minhoca 7) Medusa 8) Cobra 9) Tartaruga

02. (Unigranrio RJ) sifão faringe com fendas branquiais

Estão corretas apenas: a) 3, 4, 6, 7 e 8. b) 1, 2, 4, 5 e 6. c) 2, 4, 5, 6 e 7. d) 1, 2, 3, 8 e 9. e) 1, 2, 5, 6 e 9.

túnica

cordão nervoso

faringe com fendas branquiais

ânus

notocorda

As ascídias (imagem acima) são animais marinhos que podem viver isolados ou formando colônias. Uma das formas isoladas muito encontradas nas praias brasileiras lembra, no adulto, um pedaço de piche de aproximadamente 8 cm de altura, preso por uma de suas extremidades ao substrato (rochas, cascos de navios etc.). (Adaptado de Só Biologia: http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Reinos3/bioanimal.php)

Dentro da classificação dos seres vivos, as ascídias pertencem à classificação: a) Subfilo Urochordata. b) Subfilo Cephalochordata. c) Ágnatos. d) Subfilo Vertebrata. e) Gnatostomados.

A15  Protocordados

03. (UTFPR ) Os animais do grupo dos cordados caracterizam-se pela presença, durante o desenvolvimento embrionário, de notocorda, tubo nervoso dorsal, fendas branquiais e cauda pós-anal muscular. São exemplos de cordados: a) peixes, anfíbios e equinodermos. b) aves, peixes e equinodermos. c) peixes, moluscos e répteis. d) artrópodes, peixes e anfíbios. e) peixes, anfíbios e répteis. 04. (UFPE) No filo cordados, estão incluídos os animais vertebrados e também um grupo mais primitivo, o dos protocorda-

05. (Enem MEC) A classificação dos seres vivos permite a compreensão das relações evolutivas entre eles. O esquema representa a história evolutiva de um grupo. peixes sem peixes mandíbulas car laginosos

Tempo (milhões de anos atrás)

cauda

peixes ósseos

an bios

répteis

aves

mamíferos

100 200 répteis primi vos (ex ntos)

300

an bios primi vos (ex ntos)

400 500

placodermos (ex ntos)

acantodianos (ex ntos) ostracodermos (ex ntos)

ancestral dos cordados

Os animais representados nesse esquema pertencem ao filo dos cordados, porque a) possuem ancestrais que já foram extintos. b) surgiram há mais de 500 milhões de anos. c) evoluíram a partir de um ancestral comum. d) deram origem aos grupos de mamíferos atuais. e) vivem no ambiente aquático em alguma fase da vida. 06. (UFPI) O que caracteriza um animal cordado é a presença de a) coluna vertebral. b) endoesqueleto ósseo. c) coração com quatro cavidades. d) três folhetos embrionários. e) notocorda.

01.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares 01. (UFPB) Segundo alguns sistemas de classificação, o filo

( ) Os tunicados e cefalocordados são filtradores, no en-

Cordata está subdividido em três subfilos: Urochordata, Cephalochordata e Craniata.

( ) Os anexos embrionários são estruturas características

tanto, apenas os últimos apresentam vertebras.

Acerca do filo Cordata e de seus subfilos, estão corretas as afirmativas: V – F – V – V – V.

dos vertebrados e possibilitaram um salto evolutivo no

( ) Urochordatas possuem tubo nervoso dorsal e notocor-

( ) Os arcos branquiais são característicos dos urucordados

da apenas em estádio larval. ( ) Craniatas possuem representantes protostômios e

e cefalocordados, desaparecendo nos vertebrados, à

sentido da conquista do meio terrestre.

medida que aparece o sistema digestivo completo nes-

deuterostômios.

ses animais.

( ) Craniatas são todos triblásticos e dotados de uma coluna vertebral.

04. (UFJF) Com relação aos animais do grupo Chordata, além da

( ) Cordatas apresentam, durante o desenvolvimento embrionário, tubo nervoso dorsal e fendas branquiais.

quais dos caracteres a seguir os distinguem de outros gru-

presença da notocorda (ou corda) e da cauda propulsora, pos de animais?

( ) Cephalochordatas são deuterostômios e, quando adultos, possuem notocorda.

a) Fendas faringeanas e tubo nervoso dorsal. b) Respiração pulmonar ou branquial e sistema circulatório

02. (UFPR) Os cordados compõem um dos mais heterogêneos

com coração.

grupos da zoologia, o filo Chordata. Não é o filo com o maior número de espécies, entretanto seus integrantes apresentam elementos anatômicos notavelmente variados. Com

c) Celoma derivado do arquêntero e clivagem radial inde-

relação aos cordados, considere as seguintes afirmativas: 1. Nós próprios, mamíferos, estamos incluídos no filo Chordata, assim como os peixes, as aves, outros vertebrados e até certos animais aquáticos (como as Ascídias) que não possuem coluna vertebral. 2. São elementos presentes em apenas parte do filo

e) Enterocelomados e corpo metamerizado.

terminada. d) Simetria bilateral e triblásticos.

05. (Mackenzie SP) Assinale a alternativa que apresenta características comuns a todos os cordados. a) Digestão - extracelular; Circulação - fechada; Respiração pulmonar; Fecundação - interna. b) Digestão - extracelular; Circulação - fechada ou aberta;

Chordata: âmnio, mandíbula e coração tetracavitário. 3. São elementos comuns a todos os cordados: notocorda, encéfalo e cordão nervoso ventral. 4. Para a troca de gases com o meio, são utilizados, por exemplo, a pele em anuros, as brânquias nas tartarugas marinhas e os sacos aéreos nas aves.

ou externa. c) Digestão - intracelular; Circulação - aberta; Respiração pulmonar; Fecundação - interna. d) Digestão - extracelular; Circulação - fechada; Respiração pulmonar ou branquial; Fecundação - interna ou externa. e) Digestão - intracelular; Circulação - fechada ou aberta; Respiração - pulmonar; Fecundação - interna. 06. (UFV) O filo Chordata agrupa exemplos de organismos

03. (UFPE) Levando-se em conta as características dos cordados, analise as proposições seguintes com verdadeiro ou falso. V−F−F−V−F ( ) Os equinodermos são deuterostômios e apresentam esqueleto interno de origem mesodérmica, características típicas de animais vertebrados. ( ) Os tunicados apresentam notocorda, na posição caudal, apenas na idade adulta, sendo ausente durante a fase larval.

bastante diversificados. Entretanto, seus representantes apresentam algumas características morfológicas em comum, pelo menos em alguma fase do desenvolvimento. Das características abaixo, aquela que NÃO é comum a todos os Chordata é a) fendas branquiais.

A15  Protocordados

Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. b) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. c) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 2 e 4 são verdadeiras. e) Somente as afirmativas 3 e 4 são verdadeiras.

Respiração- pulmonar ou branquial; Fecundação- interna

b) tubo nervoso dorsal. c) notocorda. d) respiração pulmonar. e) celoma.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A16

ASSUNTOS ABORDADOS n Peixes n Características gerais dos craniados

PEIXES Características gerais dos craniados Dentro do filo dos Cordados há um subfilo denominado Craniata formado pelos animais portadores de crânio, grupo esse, com aproximadamente 50 mil espécies distribuídas, genericamente, entre “peixes” sem mandíbula (agnatos) e com mandíbula (gnatostomados), anfíbios, répteis, mamíferos e aves. Quanto à classificação dos animais pertencentes ao subfilo Craniata, não há um consenso entre os estudiosos, portanto, apresentamos no texto que se segue uma das possibilidades mais aceita dentro da sistemática. Os animais do subfilo Craniata se caracterizam por possuírem crânio e coluna vertebral, cartilaginosa ou óssea. Todos os animais que têm coluna vertebral têm crânio e são reconhecidos como vertebrados, embora ocorram algumas poucas espécies de craniados conhecidos como peixe bruxa, que não possuem coluna vertebral. O crânio e a coluna vertebral protegem mecanicamente as regiões diferenciadas do tubo neural - encéfalo e medula nervosa.

Figura 01 - Vertebrados: animais com crânio e coluna vertebral.

Os animais que formam o grupo Craniata, além da presença do crânio e da coluna vertebral, também compartilham outras características. Nesses animais, o corpo é revestido por um órgão, a pele. Nos craniatas, pela primeira vez na história evolutiva dos animais, ocorre à formação de anexos embrionários, órgãos temporários que são responsáveis pelo desenvolvimento do embrião desses animais. Peixes e anfíbios possuem, como único anexo, o saco ou vesícula vitelínica. Répteis, mamíferos primitivos (ovíparos) e aves formam, além do saco vitelínico, o alantoide, o âmnio e o cório. Os demais mamíferos formam placenta, além do âmnio e cório. O saco vitelínico e o alantoide são atrofiados nesse último grupo. A circulação sanguínea é fechada e o coração localiza-se na região ventral do corpo dos vertebrados. 32

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Classe Cyclostomata Características gerais Os primeiros craniados foram animais semelhantes a um peixe, provavelmente destituído de mandíbula (agnatos), com a boca circular localizada frontalmente, sem escamas e portadores de esqueleto cartilaginoso. Algumas propostas de classificação dos agnatos não os consideram como peixes, porém, em um contexto prático, mencionaremos como “peixe” sem mandíbula. Registros fósseis sinalizam para um “peixe” nomeado “ostracodermo” como o ancestral dos agnatos atuais– lampreia e peixe-bruxa, também conhecido como feiticeira.

Fonte: Wikimedia commons

Figura 02 - Hipótese de relações de parentesco entre os grandes grupos de peixes, mostrando a riqueza de espécies ao longo do tempo (largura dos ramos).

O peixe-bruxa não possui vértebras, todas as espécies desse grupo são exclusivamente marinhas, chegam a medir 76 centímetros de comprimento e vivem em grandes profundidades. Possuem seis tentáculos com função sensorial ao redor da boca e consomem invertebrados marinhos, peixes vivos ou mortos. Por conta desse hábito alimentar, são conhecidos como necrófagos ou carniceiros dos mares profundos. A pele do peixe-bruxa (couro de “enguia”) tem alto valor comercial e a sua pesca tem contribuído para redução das populações. São monoicos e embora não se conheça ainda como ocorre à fecundação, não há estágio larvário sendo, portanto, de desenvolvimento direto.

Figura 03 - Peixe-bruxa: agnato sem coluna vertebral.

A16  Peixes

O aparecimento dos peixes agnatos ou portadores de boca circular (ciclostomatas), deu-se na Era Paleozoica há aproximadamente 500 milhões de anos e não formam um grupo monofilético. O corpo é cilíndrico, a notocorda é persistente na fase adulta, o esqueleto é cartilaginoso com um crânio rudimentar e não possui nadadeiras pares. A temperatura do corpo depende da temperatura da água (ectotérmicos), a pele é lisa, sem escamas e rica em glândulas mucosas que reduzem o atrito do animal com a água. Na região dorsal e caudal, ocorrem nadadeiras ímpares.

Biologia

Fonte: Wikimedia commons

As lampreias chegam a medir 1 m de comprimento e são ectoparasitas de peixes, filhotes de baleias e golfinhos e se alimentam do sangue desses hospedeiros por meio do funil bucal. Quando a lampreia está usando a boca como um funil, presa à superfície do corpo de um hospedeiro, a água que normalmente entra pela boca, nessa situação, entra e sai pelas fendas branquiais laterais. São animais dioicos, a fecundação é externa e após a eliminação dos gametas, os adultos morrem. O desenvolvimento é indireto ocorrendo uma larva chamada amocetes.

Figura 04 - Lampreia: peixe sem mandíbula com boca frontal.

Figura 05 - Lampreia: Detalhe da boca circular (funil bucal).

Sistema respiratório A respiração dos agnatos é branquial. A água normalmente entra pela boca, molha as brânquias internamente onde ocorre a troca gasosa com o sangue e a água sai pelas fendas branquiais laterais na região anterior do corpo. Sistema sensorial Os agnatos possuem apenas uma narina, ouvidos internos (órgão de equilíbrio), olhos e a linha lateral como órgão sensorial mecanorreceptor que percebe a vibração no meio líquido. A linha lateral ocorre nos dois lados do corpo e é constituída por um sulco e um canal que recebe a água do mar. No fundo desse sulco, existem células sensoriais denominadas neuromastos que fazem a leitura de vibrações na água e as transmitem a células nervosas. Sistema cardiovascular O coração tem duas cavidades, 1 átrio e 1 ventrículo, e um seio venoso. No coração, passa apenas sangue venoso. A circulação é simples (o sangue passa uma vez pelo circuito no coração) e completa (não há mistura de sangue venoso e arterial no coração). O sangue venoso que sai do ventrículo é bombeado para as brânquias. Lá ocorrem trocas gasosas e o sangue, agora arterial, flui das brânquias para o resto do corpo oxigenando os tecidos. O sangue possui glóbulos brancos e hemoglobina nas hemácias.

A16  Peixes

Sistema excretor

Figura 06 - Coração bicavitário: circulação simples e completa.

O sistema excretor dos agnatos é constituído por dois rins mesonéfrons que removem, principalmente, amônia do sangue e da cavidade corporal (animais amoniotélicos). A amônia, como todas as demais excretas nitrogenadas é produzida pelo fígado do vertebrado.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Peixes gnatostomados O aparecimento da mandíbula revolucionou o hábito alimentar dos primeiros vertebrados gnatostomados. A mandíbula manipulada por músculos e associada a dentes equipou esses peixes para o predatismo. Essa “ferramenta” apreende e dilacera a presa. Provavelmente, o deslocamento de arcos branquiais, que originalmente tinham a função de manter as fendas branquiais abertas para saída da água, resultou nessa estrutura esquelética inovadora – a mandíbula. Crânio Fendas branquiais

Crânio

Mandíbula Boca Arcos branquiais Figura 07 - Esquema ilustrativo da hipótese do deslocamento de arcos branquiais que originaram a mandíbula.

Além da mandíbula, os “novos” ectotérmicos tinham a pele revestida por escamas e superavam os agnatos na luta pela sobrevivência, pois eram mais eficientes na captura de alimentos. Os peixes com mandíbulas também experimentaram as nadadeiras pares móveis (par peitoral e par pélvico). Elas proporcionam um nado ágil, com perfeito equilíbrio no meio tridimensional e direcionamento fino dos movimentos. A propulsão, em si, é efetuada basicamente por ondulações do terço posterior do corpo, com a contribuição principal da nadadeira caudal. As nadadeiras ímpares, presentes nos agnatos, são importantes para a estabilidade no plano vertical. A filogenia indica que a nadadeira caudal dos primeiros gnatostomados era heterocerca, isto é, com a coluna vertebral entrando no lobo dorsal. Esse tipo de nadadeira caudal foi retido nos Chondrichthyes e nos Osteichthyesbasais. Os gnatostomados irradiaram-se evolutivamente durante o Paleozoico, conhecido como a “Era dos Peixes”. A maior diversidade pertence aos Placodermi (placo = placa), peixes com armadura dérmica os quais se extinguiram ao final dessa era. Surgem ainda os primeiros Chondrichthyes, peixes cartilaginosos, atualmente incluindo os Elasmobranchii (tubarões e raias) e os Holocephali (quimeras), assim como os primeiros Osteichthyes (peixes ósseos), de onde se originaram os tetrápodes. Classe chondrichthyes Os Chondrichthyes representados atualmente pelos tubarões, arraias, cações e quimeras são predadores, predominantemente marinhos e alguns representantes como o tubarão-baleia atingem 18 metro sde comprimento. Esses peixes são caracterizados por: n n n

nadadeira caudal heterocerca; boca ventral; endoesqueleto basicamente cartilaginoso, frequentemente calcificado, mas nunca ossificado; o crânio é uma peça única, sem suturas, assim como as maxilas; escamas do tipo placoides também conhecidas como dentículos dérmicos, de origem dermoepidérmica, exclusivas desse grupo – são escamas semelhantes a dentes pequeninos, formados por dentina, polpa e um tipo de esmalte, conferindo uma textura áspera, de “lixa”. Os dentes desses animais são homólogos às suas escamas placoides e são perdidas por desgaste e queda. Esse problema foi superado pela capacidade de substituição, mecanismo também observado em alguns peixes ósseos. presença de clásperes, nadadeiras pélvicas que nos peixes machos funcionam como órgão copulador. Portanto, a fecundação é interna, abrindo a possibilidade para ovoviparidade e viviparidade nesse grupo.

A16  Peixes

Biologia

SAIBA MAIS OVÍPAROS, OVOVIVÍPAROS E VIVÍPAROS. Ovíparos são animais que colocam ovos. Como a galinha, por exemplo. O desenvolvimento do embrião acontece dentro do ovo e depende do material nutritivo que tem dentro dele. Para a fêmea, não há nenhum custo em manter o embrião, mas a vida deste embrião está à mercê do ambiente. Podem acontecer muitas coisas com o ovo que está no solo ou na água (pode ser comido por outro animal ou secar no calor do Sol, por exemplo). Ovovivíparos são animais que retêm os ovos dentro do corpo. Algumas cobras, tubarões e escorpiões fazem isso. Para o embrião, a grande vantagem é de estar protegido dentro do corpo da mãe. Mas ele depende das reservas nutritivas do ovo para crescer. Há certo custo energético para a fêmea, pois ela tem que carregar o ovo. No entanto, ela não é responsável por nutrir esse embrião. Vivíparos são animais que o embrião cresce dentro do corpo da fêmea. O embrião depende diretamente da mãe para a sua nutrição, que ocorre por meio de trocas fisiológicas entre mãe e feto. Não existe casca isolando o ovo. Aqui há um enorme custo para a fêmea, mas o embrião está totalmente a salvo das condições ambientais e tem maiores garantias de desenvolvimento. A maioria dos mamíferos e algumas espécies de tubarões são vivíparos.

um par de espiráculos na região anterior do corpo, corresponde às fendas branquiais obliteradas pelo deslocamento do arco branquial que se modificou em mandíbula.

Figura 08 - Anatomia externa do tubarão.

Sistema respiratório A respiração é branquial e as brânquias são externas, desprotegidas, em contato direto com a água. A água entra pela boca, molha as brânquias, realiza trocas gasosas com o sangue e sai pelas fendas branquiais. Sistema digestório Apresentam boca ventral com uma língua espessa presa ao assoalho da boca. São animais carnívoros, e para aumentar a superfície de absorção no intestino, que é bem curto comparado com os peixes ósseos, existem internamente as válvulas espirais ou tiflossoles e os cecos intestinais. O tiflossoles corresponde a uma dobra da parede interna do intestino que, na prática, aumenta a superfície intestinal para digestão química e para a absorção dos produtos do processo digestivo. O sistema digestório finaliza em uma cloaca. Um grande fígado produz óleo que perfaz cerca de 20 por cento do peso do corpo e é responsável por uma considerável flutuabilidade à medida que o óleo reduz a densidade do animal. Sistema cardiovascular O sangue possui hemácias grandes, nucleadas e ovais. O coração é bicavitário, com circulação simples e completa como nos “peixes” sem mandíbula. Sistema excretor O sistema excretor dos peixes adultos é constituído por dois rins mesonéfrons. A excreta nitrogenada é a ureia (animais ureotélicos) produzida pelo fígado. Em meio hipertônico (mar), o sangue dos condrictes concentra ureia, simulando uma isotonia com o meio externo. Uma estratégia que promove osmorregulação nomeada uremia fisiológica. O sistema urinário finaliza em uma cloaca. Sistema nervoso e sensorial

A16  Peixes

O encéfalo dos condrictes apresenta o lobo olfatório e óptico bastante desenvolvido. Existem 10 pares de nervos cranianos. Na região da cabeça, existem as ampolas de Lorenzini, estruturas formadas por poros e ricas em muco que se comunicam com a água e células sensoriais, funcionando como eletrorreceptores, detectando presas por meio de potencial elétrico. Como todos os peixes, possuem linha lateral, um par de narinas (olfato muito desenvolvido - quimiorrecepção), ouvido interno com órgão de equilíbrio e olhos. Essa variedade de órgãos de sentido é importante para a percepção da presa a grandes distâncias. Uma vez feita à aproximação passam a utilizar o recurso da visão.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sistema reprodutor Os sexos são separados, com fecundação interna e desenvolvimento direto. O animal macho possui nadadeiras pélvicas diferenciadas em clásper que funciona como órgão copulador. Quando as nadadeiras pélvicas do macho são posicionadas uma junto à outra e introduzidas na cloaca da fêmea, ocorre liberação do esperma que pode promover a fecundação. Os condrictes podem ser ovíparos, ovivíparos ou vivíparos. Nas espécies vivíparas, o embrião se desenvolve dentro do oviduto da fêmea, formando uma falsa placenta a partir do saco vitelínico que se funde à parede do oviduto. O sistema reprodutor finaliza em uma cloaca. Classe osteichthyes São osteíctes (peixes ósseos) da ordem teleósteos a maioria dos peixes conhecidos: pescada, bagre, sardinha, salmão, carpa, corvina, piranha, truta, cavalo-marinho, piramboia, poraquê (peixe-elétrico), enguia e vários outros exemplos. São cordados, vertebrados, gnatostomados, que possuem esqueleto formado principalmente por tecido ósseo. A boca é frontal. Cecos pilóricos do estômago produzem enzimas digestivas, melhorando a capacidade digestória. A nadadeira caudal é, em geral, homocerca, ou seja, possui porções simétricas. Entre os osteíctes dois grupos estão estabelecidos - Sarcopterygiie e os Actinopterygii. A diferença básica entre eles é quanto às nadadeiras, carnosas e radiadas, respectivamente. A piramboia brasileira (Sarcopterygii), peixe natural da região Amazônica, tem nadadeiras carnosas, ou seja, sustentadas por ossos e, possivelmente, essas estruturas, ao longo da história evolutiva dos vertebrados, originaram os membros dos primeiros tetrápodes – os anfíbios.

Figura 09 - Detalhe do clásper (nadadeiras pélvicas) de um tubarão macho.

Os representantes desse grupo apresentam bexiga natatória que é um órgão hidrostático, portanto, promove flutuabilidade ao peixe que consegue manter-se parado em uma determinada profundidade sem a necessidade de trabalho muscular ou de nadar. Isso é possível por meio da regulação do volume de gases dentro da bexiga. Lembrando que a densidade da água é a mesma em qualquer profundidade, o animal pode igualar sua densidade a densidade da água ficando, nesse caso, praticamente parado (flutuabilidade). Esvaziando ou inflando a bexiga natatória, principalmente com o gás oxigênio removido do sangue, o peixe pode ficar mais denso que a água e descer, ou, menos denso, e subir na coluna líquida perdendo a flutuabilidade. A alteração do volume de gases na bexiga está relacionada com a alteração da pressão hidrostática contra o peixe que, por sua vez, se relaciona com a profundidade em que se encontra. Em algumas espécies, a bexiga natatória não está ligada ao tubo digestivo (peixes fisoclistos). Quando a bexiga natatória está ligada ao tubo digestivo, é por meio de um canal pneumoduto, e os peixes são denominados fisóstomos.

A16  Peixes

natatória

Figura 10 - Osteíctes: bexiga natatória, órgão flutuador.

Biologia

Nos peixes dipnoicos, a membrana da bexiga natatória é vascularizada e permite a realização de trocas gasosas entre o ar presente no interior da bexiga, obtido do meio externo, e o sangue. Por isso, esses peixes são chamados “peixes pulmonados” e podem resistir a longos períodos de seca, quando permanecem entocados em buracos no fundo dos rios, em águas lamacentas com baixa concentração de gás oxigênio. A piramboia, encontrada no Brasil, é um exemplo de peixe dipnoico que utiliza a bexiga natatória como um pulmão primitivo. Em geral, a forma do corpo é hidrodinâmica, contendo glândulas que secretam o muco na pele, reduzindo o atrito no meio aquático. Apresentam escamas dérmicas do tipo cicloides ou ctenoides. Na derme de alguns, encontramos cromatóforos que propiciam mudanças de cores no animal. Alguns peixes como o “baiacu”, apresentam espinhos para defesa. Sistema digestório A boca possui uma língua pequena presa ao assoalho bucal. São vertebrados, na maioria herbívora, e apresentam um intestino longo desprovido de tiflossoles e com cecos intestinais. O sistema digestório finaliza no ânus. A Medula espinhal

Rim Bexiga natatória

Brânquias Crânio Encéfalo

Vértebra Músculos

Boca Coração Fígado

Intestino Vesícula Ânus Estômago biliar Cecos pilóricos

Gônada ( ovário ou testículo)

Figura 11 - A, representação esquemática da anatomia de um actinopterígio, mostrando os principais órgãos internos. B, peixe actinopterígio, anatomia externa em destaque a linha lateral.

Sistema cardiovascular Coração bicavitário, circulação simples e completa como em todos os peixes. Nos peixes pulmonados (dipnoicos), o coração apresenta dois átrios incompletamente separados pelo septo interatrial. Nesses peixes, a circulação sanguínea difere do esquema geral dos peixes e lembra mais a circulação dos anfíbios. A respiração aérea e a circulação dupla apresentada pelos peixes dipnoicos reforçam o elo evolutivo entre esses peixes e os anfíbios. Sistema respiratório A respiração é branquial. Nos peixes ósseos, as brânquias são protegidas, na superfície do corpo, por placas ósseas denominadas opérculos. Particularmente, nos peixes pulmonados, a bexiga natatória funciona como pulmão primitivo e as narinas se comunicam com a faringe. Sistema excretor O sistema excretor dos peixes adultos é constituído por dois rins mesonéfrons e a excreta nitrogenada é a amônia (animais amoniotélicos).

A16  Peixes

Os peixes ósseos marinhos, por serem animais hiposmóticos, perdem água por osmose, produzem pouca urina, ingerem água salgada e para eliminar o excesso de sais, existem as glândulas de sais que os eliminam pelas brânquias. Os peixes ósseos dulcícolas são hipertônicos em relação ao meio. Assim, através da pele, ocorre entrada de água continuamente por osmose, produzindo, então, muita urina (diluída) sem ingerir água. Ocorre, nas brânquias, absorção ativa de íons para equilibrar a perda desses pela urina volumosa. 38

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sistema nervoso e sensorial Possuem linha lateral (mecanorrecepção), um par de narinas (quimiorrecepção), ouvido interno (equilíbrio) e visão. Existem 10 pares de nervos cranianos. Sistema reprodutor São animais dioicos e, muitas vezes, apresentam dimorfismo sexual. Geralmente, a fecundação é externa e o desenvolvimento é indireto (larva alevino). Na sua grande maioria, os peixes ósseos são ovíparos, porém, algumas espécies são ovulíparas, ou seja, liberam os gametas na água. Muitos peixes de água doce realizam o fenômeno da piracema, isto é, sobem os rios na época da reprodução (anádromos). Tabela comparativa entre peixes cartilaginosos e ósseos. Condrictes

Osteíctes

Boca ventral

Boca terminal ou frontal

Intestino curto com tiflossoles

Intestino longo sem tiflossoles

Tubo digestivo terminado em cloaca

Tubo digestivo terminado em ânus

Principal excreta – ureia

Principal excreta – amônia

Escamas dermo epidérmicas (dentículos dérmicos)

Escamas dérmicas (cicloides e ctenoides)

Nadadeira caudal heterocerca

Nadadeira caudal homocerca

Apresentam espiráculo

Apresentam opérculo

SAIBA MAIS A piracema é o período em que os peixes sobem para a cabeceira dos rios para realizar sua reprodução. A piracema é um fenômeno que ocorre com diversas espécies de peixes ao redor do mundo. A palavra vem do tupi e significa “subida do peixe”. O processo recebe esse nome porque, todos os anos, eles nadam rio acima para realizar a desova. Durante a piracema, os peixes nadam contra a correnteza. Esse processo é extremamente importante para o sucesso reprodutivo, uma vez que o esforço físico aumenta a produção de hormônios e causa a queima de gordura. Os testículos dos peixes machos, nesse período, aumentam de tamanho ficando repletos de sêmen. No momento da fecundação, que ocorre externamente, a fêmea lança óvulos na água, enquanto o macho lança os espermatozoides diretamente sobre eles. Após esse momento, os peixes descem novamente o rio. Vale destacar que ovos e larvas também fazem a viagem no sentido contrário ao da piracema enquanto amadurecem. Em nosso país, esse processo ocorre nas épocas de chuvas de verão,

que causam o aumento do nível dos rios. Nessa época, também ocorre um aumento da temperatura da água e do ar. Um grande obstáculo à piracema é a presença de barragem. Os peixes, ao tentarem subir o rio, encontram esse obstáculo e, muitas vezes, ferem-se gravemente, além de ficarem muito exaustos. É nesse momento que muitos predadores se fartam de alimento. Mesmo quando os peixes conseguem se reproduzir, as larvas e ovos não conseguem sobreviver nos reservatórios. Além disso, há turbinas que podem causar a morte tanto dos peixes quanto dos ovos e larvas. Vale destacar que, geralmente, as barragens apresentam sistemas para a transposição de peixes com a finalidade de diminuir os impactos relatados. Esses sistemas consistem, normalmente, em uma espécie de escada que facilita a subida e descida dos peixes. Essa escada foi bastante útil nos países do Hemisfério Norte, entretanto, nos países da América do Sul, não teve tanto sucesso. A pesca durante o período da piracema é crime, e quem cometer este ato e for flagrado, poderá ser preso e pagar multa. Fonte Box:https://brasilescola.uol.com.br/o-que-e/biologia/o-que-e-piracema.htm

Figura 12 - Cardume de salmão nadando contra a correnteza para se reproduzir.

A16  Peixes

Fonte: Wikimedia commons

O QUE É PIRACEMA?

Biologia

é um vênvive ade, o salbiena do em

Exercícios de Fixação 01. (UEL PR) Ambientes dulcícolas e marinhos possuem condições físico-químicas distintas que influenciaram a seleção natural para dar origem, respectivamente, aos peixes de água doce e aos peixes de água salgada, os quais possuem adaptações fisiológicas para sobreviverem no ambiente em que surgiram. Considerando a regulação da concentração hidrossalina para a manutenção do metabolismo desses peixes, pode-se afirmar que os peixes de água doce eliminam __________ quantidade de urina __________ em comparação com os peixes marinhos, que eliminam __________ quantidade de urina __________. Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do enunciado. a) grande, diluída, pequena, concentrada. b) grande, concentrada, grande, diluída. c) grande, concentrada, pequena, diluída. d) pequena, concentrada, grande, diluída. e) pequena, diluída, grande, concentrada. 02. (UECE) Analise as seguintes afirmações sobre as características dos tubarões: I. suas escamas são homólogas aos dentes dos outros cordados; II. possuem bexiga natatória, responsável por sua excelente flutuabilidade; III. são animais sensíveis, com a capacidade de detectar campos eléctricos gerados por outros animais; IV. são sempre animais de grande porte, pois todos são ferozes e vorazes. Estão corretas as características contidas em: a) I e III apenas. b) I, II, III e IV. c) I e II apenas. d) II e IV apenas.

A16  Peixes

03. (UECE) Sobre a maioria dos peixes ósseos, é correto afirmar que: a) possuem um coração com duas cavidades (aurícula e ventrículo) por onde circula sangue venoso e arterial, de cor vermelha bastante intensa. b) possuem estruturas denominadas Ampolas de Lorenzini, que funcionam como canais sensitivos capazes de detectar as correntes elétricas dos músculos de outros organismos. c) sua bexiga natatória compreende um grande saco de paredes finas e irrigadas, preenchido por gases que permitem o ajuste do peso do corpo do peixe de acordo com a profundidade em que ele se encontra. d) apresentam escamas placoides, compostas de esmalte, dentina, vasos e nervos.

04. (UCS) Os peixes são o grupo mais diversificado e abundante dos vertebrados. Apresentam diversas formas corporais e habitam muitos ambientes, desde águas frias até águas quentes, doces ou salgadas e, devido a essa diferença de habitats, possuem também diferentes estratégias de vida, dependendo das pressões seletivas a que foram expostos durante a evolução. Assinale a alternativa correta em relação aos peixes. a) Os peixes cartilaginosos, como lampreia e quimera, possuem mandíbula e esqueleto formado exclusivamente por cartilagens, diferenciando-os dos peixes ósseos. b) Os elasmobrânquios são todos ovíparos, isto é, as fêmeas eliminam os ovos, que se desenvolvem na água. c) O coração dos peixes é constituído por quatro cavidades, dois átrios e dois ventrículos, semelhante ao coração dos mamíferos. d) Os peixes ósseos e cartilaginosos são dioicos, ou seja, apresentam sexos separados, em indivíduos diferentes. e) A bexiga natatória, presente nos peixes cartilaginosos e ósseos, auxilia na flutuabilidade e, também, pode colaborar com a troca gasosa em algumas espécies de elasmobrânquios. 05. (UPE) Morador da Ilha de Deus, Marcelo, um estudante de Ensino Médio, atravessa, quase todos os dias, os canais que cortam a cidade, seja a pé pelas pontes, seja de jangada com seu pai. Bastante curioso com a natureza, tem observado que existem poucos peixes no estuário e ouve sempre as reclamações do seu pai, pescador, sobre o fato de os peixes estarem sumindo sempre por causa da poluição. Ouviu também da professora que, nas marés baixas, o Rio Capibaribe está com pouco oxigênio. Num belo dia de sol, observou um imenso Camurupim na flor d’água e ficou curioso em perguntar para a professora de Biologia como aquele peixe apareceu num rio, quase sem vida, escuro e fétido? Como ele respira? Qual alternativa apresenta a resposta CORRETA da professora? a) Adaptação das brânquias para um ambiente anóxico ou com pouco oxigênio, otimizando a retirada desse oxigênio no meio aquoso. b) Respiração pulmonada, cuja estrutura da faringe e da traqueia, altamente vascularizadas, permite retirar o oxigênio do ar atmosférico. c) Trocas gasosas com o meio através da respiração cutânea, retirando oxigênio da água ou do ar atmosférico. d) Brânquias adaptadas para retirar o oxigênio do ar atmosférico, necessitando subir à superfície. e) A bexiga natatória auxilia na respiração, suplementando a respiração branquial ao aspirar ar atmosférico.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

importante mecanismo que influencia a reprodução de algumas espécies de peixes, pois induz o processo que estimula a queima de gordura e ativa mecanismos hormonais complexos, preparando-os para a reprodução. Intervenções antrópicas nos ambientes aquáticos, como a construção de barragens, interferem na reprodução desses animais. MALTA, P. Impacto ambiental das barragens hidrelétricas. Disponível em: http://futurambiental.com. Acesso em: 10 maio 2013 (adaptado).

Essa intervenção antrópica prejudica a piracema porque reduz o(a): a) percurso da migração. b) longevidade dos indivíduos. c) disponibilidade de alimentos. d) período de migração da espécie. e) número de espécies de peixes no local. 02. (Fuvest SP) O esquema representa, de maneira simplificada, a circulação sanguínea em peixes.

Coração

Brânquias

Ventrículo Átrio

Tecidos do corpo

Pode-se afirmar corretamente que, nos peixes, a) o coração recebe somente sangue pobre em oxigênio. b) ocorre mistura de sangue pobre e de sangue rico em oxigênio, como nos répteis. c) o sangue mantém constante a concentração de gases ao longo do percurso. d) a circulação é dupla, como ocorre em todos os demais vertebrados. e) o sistema circulatório é aberto, pois o sangue tem contato direto com as brânquias. 03. (UPF) Durante uma aula sobre animais aquáticos, a professora de Biologia colocou sobre a mesa do laboratório 5 arraias, 3 cações, 2 carpas, 4 tainhas, 1 tubarão-lanterna anão, 1 filhote de golfinho, 2 cavalos-marinhos e 2 sardinhas. Após, solicitou aos alunos que colocassem em uma bandeja verde os peixes da classe Chondrichthyes e em uma

bandeja vermelha os peixes da classe Osteichthyes. Na bandeja verde e na bandeja vermelha, devem ser colocados, respectivamente: a) 12 e 8 peixes. b) 10 e 10 peixes. c) 10 e 9 peixes. d) 9 e 11 peixes. e) 9 e 10 peixes. 04. (IFSP) Os peixes do grupo dos sarcopterígeos possuem nadadeiras lobadas e outras adaptações que permitiram a sua sobrevivência. O exame das espécies atuais e os fósseis encontrados de ancestrais deste grupo apresentam evidências que eles não deram origem ao grupo: a) das aves. b) os mamíferos. c) dos anfíbios. d) dos moluscos. e) dos répteis. 05. (UFSM) Um menino apaixonado por peixes resolveu montar um aquário em sua casa. Em uma loja, adquiriu três espécies diferentes, levando em consideração o aspecto visual: peixe-palhaço (Amphiprionocellaris, espécie marinha), peixe-anjo-imperador (Pomacanthusimperator, espécie marinha) e peixinho-dourado (Carassiusauratus, espécie de água doce). Todas as espécies foram colocadas no mesmo aquário, que estava preenchido com água de torneira desclorada. As duas espécies marinhas incharam e morreram rapidamente, e apenas o peixe-dourado sobreviveu. Depois do ocorrido, o menino descobriu que os indivíduos das duas espécies marinhas morreram, porque a água do aquário funcionava como uma solução ________________ em relação aos seus fluidos corporais, ocorrendo um __________________________ que causou o inchaço por __________________________. Assinale a alternativa que completa corretamente as lacunas do texto. a) hipotônica ─ desequilíbrio osmótico ─ absorção excessiva de água. b) hipotônica ─ transporte ativo de minerais para fora de seus corpos ─ absorção excessiva de água. c) hipertônica ─ desequilíbrio osmótico ─ perda de sais minerais e desidratação das espécies. d) hipertônica ─ transporte ativo de minerais para dentro de seus corpos ─ absorção excessiva de água. e) isotônica ─ desequilíbrio osmótico ─ perda de sais minerais e desidratação das espécies.

A16  Peixes

01. (Enem MEC) O fenômeno da piracema (subida do rio) é um

FRENTE

BIOLOGIA

Exercícios de Aprofundamento 01. (Fatec SP) Após a detecção de animais de uma determinada espécie no galpão principal, os proprietários de uma empresa decidiram minimizar os riscos que os funcionários estariam correndo e acionaram o Centro de Controle de Zoonoses. Os técnicos do centro, após chegarem, notaram que os organismos em questão eram adultos, possuíam tamanho e formato aproximado de um grão de lentilha, exoesqueleto, quelíceras e quatro pares de apêndices locomotores. Por fim, após a identificação taxonômica, concluíram tratar-se de um gênero hematófago. O laudo dos técnicos indicou que os animais encontrados no galpão fazem parte de uma espécie de a) aranhas. b) baratas. c) carrapatos. d) morcegos. e) pernilongos. 02. (UEL PR) Observe a imagem a seguir e responda à questão.

Rosana Paulino, Ninfa Tecendo Casulo, 42,5 x 32,5 cm.

O título da obra Ninfa Tecendo Casulo contém, do ponto de vista biológico, um erro conceitual referente à metamorfose dos insetos. Com base nos conhecimentos sobre o desenvolvimento pós-embrionário dos insetos, considere as afirmativas a seguir. I. A fase de larva está presente no desenvolvimento dos insetos hemimetábolos. II. A fase de casulo está ausente do desenvolvimento dos insetos hemimetábolos. III. A fase de ninfa está ausente do desenvolvimento dos insetos holometábolos. IV. A fase de crisálida está presente no desenvolvimento dos insetos holometábolos. 42

Assinale a afirmativa correta. a) Somente as afirmativas I e II são corretas. b) Somente as afirmativas I e IV são corretas. c) Somente as afirmativas III e IV são corretas. d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas. e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 03. (UFJF) Amblyomma cajennense é uma espécie de carrapato, também conhecida como carrapato estrela ou carrapato do cavalo, que tem como hospedeiros os cavalos, bovinos, outros animais domésticos e animais silvestres como, por exemplo, a capivara. É uma espécie bastante comum no Brasil, sendo vetor de diversos microrganismos causadores de doenças, como a febre maculosa, cujo agente patogênico é a bactéria Rickettsia rickettsii. Com relação a esse carrapato, marque a opção CORRETA. a) Vive, harmonicamente, com cavalos e capivaras. b) A fêmea transmite a bactéria aos seus descendentes. c) Morre quando infectado pela bactéria R.rickettsii. d) É parasito de animais, somente, na fase adulta. e) Transmite a febre maculosa, que é contagiosa. 04. (UECE) Analise as informações relacionadas aos equinodermos, e assinale com V as verdadeiras e com F as falsas. ( ) Possuem sistema digestivo completo, isto é, possuem boca, esôfago, estômago, intestino e ânus. ( ) Realizam a digestão em seus estômagos; portanto, esse processo se dá pela ação de ácidos gástricos encerrados em cavidades fechadas. ( ) Apresentam sistema nervoso complexo, formado por neurônios conectados a um órgão central de comando. ( ) Reproduzem-se através da liberação de células sexuais em meio aquático, portanto, a fertilização ocorre externamente. A sequência correta, de cima para baixo, é: a) F, V, V, F. b) V, F, F, V. c) F, V, F, V. d) V, F, V, F. 05. (UFMG) Alunos de uma escola de Belo Horizonte realizaram uma coleta de seres vivos nas águas do Córrego da Ressaca. Ao fazerem o relatório, citaram a ocorrência de alguns grupos de organismos. Todas as alternativas apresentam classificações possíveis, EXCETO: a) Algas e crustáceos. b) Bactérias e fungos. c) Equinodermas e poliquetas. d) Insetos e anelídeos. e) Moluscos e platelmintos.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

07. (PUC Campinas SP) Considere as seguintes estruturas: I. notocorda II. fendas branquiais A alternativa a seguir que indica corretamente a presença dessas estruturas durante o desenvolvimento embrionário dos grupos de animais mencionados é. a) Protocordados (I); Vertebrados de respiração branquial (II); Vertebrados de respiração pulmonar (I e II). b) Protocordados (I); Vertebrados de respiração branquial (I e II); Vertebrados de respiração pulmonar (II). c) Protocordados (I e II); Vertebrados de respiração branquial (II); Vertebrados de respiração pulmonar (I e II). d) Protocordados (I e II); Vertebrados de respiração branquial (I e II); Vertebrados de respiração pulmonar (I). e) Protocordados (I e II); Vertebrados de respiração branquial (I e II); Vertebrados de respiração pulmonar (I e II). 08. (UEG) No desenvolvimento embrionário dos cordados, existem etapas características em que ocorrem processos mais ou menos semelhantes. Sobre esses processos, é INCORRETO afirmar: a) A nêurula é o estágio embrionário em que já se identifica o tubo neural, que se origina de uma dobra da região dorsal da ectoderme. b) A mórula é um estágio embrionário unicelular, compacto e aproximadamente esférico e germinativo. c) A blástula é o estágio embrionário em que uma fina camada de blastômeros envolve uma pequena cavidade central. d) A gástrula é um estágio embrionário em que se diferenciam três folhetos germinativos. 09. (Fac. Albert Einstein) Os peixes cartilaginosos são animais ureotélicos, uma vez que produzem ureia como excreta nitrogenada. Entretanto, os rins desses peixes reabsorvem a ureia em vez de eliminá-la na urina, como fazem os mamíferos. Dessa forma, a concentração de ureia no sangue de tubarões e raias chega a ser 100 vezes maior que a observada no sangue de mamíferos. Isso explica o fato de os fluídos corporais desses peixes serem ligeiramente mais concentrados que a própria água do mar. Assim, é correto afirmar que os peixes cartilaginosos a) reutilizam a ureia retida no corpo para fabricar novos aminoácidos e, por isso, requerem menos alimentos proteicos que os mamíferos. b) convertem a ureia retida no corpo em ácido úrico, um tipo de excreta mais facilmente eliminado em ambientes aquáticos. c) por osmose, ganham água do meio e, para evitar o excesso de água em seus fluidos corporais, os rins a eliminam pela urina. d) por osmose, perdem água para o meio, e têm que dispor de mecanismos fisiológicos que evitem a desidratação no ambiente marinho.

10. (UEPG) Assinale o que for correto sobre as características presentes nas classes Chondricthyes e Actinopterygii. 01. Nos actinopterígios, estruturas excretoras importantes, como a linha lateral, têm como função regular os níveis internos de amônia, contribuindo para a osmorregulação nestes animais. 02. Os tubarões apresentam escamas placoides em sua epiderme, as quais são constituídas por material orgânico calcificado, a dentina. Na região interna das escamas, na região denominada polpa, há vasos sanguíneos e terminações nervosas. 04. Dentre os representantes dos peixes cartilaginosos, podemos citar os tubarões, cações, raias e quimeras, os quais apresentam o esqueleto totalmente constituído por cartilagem. A maioria dos membros é carnívora e tem mandíbulas bem desenvolvidas. 08. A respiração nos peixes ósseos é cutânea, permitindo trocas gasosas recorrentes no ambiente aquático. O sistema circulatório é aberto e os gases circulam livremente entre os tecidos e a corrente sanguínea. 11. (Mackenzie SP) Excreção de sais a)

Água Água

Água

Urina reduzida, concentrada b)

Água

Absorção de sais

Urina abundante, diluída

O esquema, acima, mostra como ocorre à manutenção osmótica em duas espécies de peixes. A esse respeito, considere as seguintes afirmativas. I. No peixe A, a eliminação de sais pelas brânquias ocorre de forma passiva. II. A ingestão de água no peixe A repõe a água perdida por osmose. III. O peixe B elimina amônia como principal excreta nitrogenado. IV. No peixe B, tanto a absorção de sais como a de água ocorrem de forma ativa. Estão corretas apenas as afirmativas a) I, II e III. d) II, III e IV. b) II e III. e) I e II. c) I, III e IV. 43

FRENTE A  Exercícios de Aprofundamento

06. (PUC MG) O esqueleto dos equinodermos é um a) endoesqueleto ectodérmico quitinoso. b) endoesqueleto mesodérmico calcário. c) exoesqueleto endodérmico calcário. d) exoesqueleto ectodérmico quitinoso. e) exoesqueleto mesodérmico quitinoso.

FRENTE

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BIOLOGIA Por falar nisso O mar de Arraial do Cabo, no Rio de Janeiro, é fascinante. Apelidado de Caribe brasileiro, as águas são de um verde intenso que impressiona a todos. Esse é o local mais importante da costa brasileira, cujas as águas frias, ricas em nutrientes, afloram num fenômeno chamado de ressurgência, que atrai vida e visitantes de peso, como as baleias. No passado, japoneses caçavam os animais e processavam a carne e o óleo em Arraial do Cabo. A fábrica deu lugar ao Instituto de Estudos do Mar Almirante Paulo Moreira, que pesquisa a vida marinha em todo o litoral brasileiro. A região é um grande laboratório a céu aberto, contendo uma infinidade de organismos, algas marinhas, esponjas, corais etc. Todos produzem naturalmente substâncias úteis, desde produtos comerciais a novidades na área da saúde, como testes de HIV e teste anticâncer. No total, 14 estudos na área de biotecnologia estão em andamento e quatro fórmulas já foram patenteadas. Mas isso só foi possível graças à preservação da região, protegendo a fauna marinha e com isso as relações entre os diversos organismos acontecem de forma natural, sem interferência do homem. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

B13 B14 B15 B16

Relações ecológicas ......................................................................46 Ciclo biogeoquímico do carbono ..................................................59 Ciclo biogeoquímico do nitrogênio e enxofre ..............................68 Sucessão ecológica .......................................................................76

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B13

ASSUNTOS ABORDADOS n Relações ecológicas n Relações harmônicas intraespecíficas n Relações harmônicas interespecíficas n Relações desarmônicas interespecíficas

RELAÇÕES ECOLÓGICAS Nossas observações sobre o papel de cada organismo nos ecossistemas já demonstraram que os seres vivos não existem isoladamente. Eles se relacionam e são dependentes uns dos outros em maior ou menor grau. Essas interações, às quais denominamos relações ecológicas, apresentam-se bastante variadas e podem ser classificadas em intraespecíficas e interespecíficas. As relações intraespecíficas ou homotípicas compreendem as relações estabelecidas entre indivíduos da mesma espécie, enquanto que, relações interespecíficas ou heterotípicas são as que se estabelecem entre indivíduos pertencentes a espécies diferentes. As interações podem ser proveitosas ou até mesmo indiferentes e outras prejudiciais para os organismos envolvidos. As relações harmônicas são aquelas em que não se verifica nenhum tipo de prejuízo entre os organismos associados. Nesse caso, ambos estão se beneficiando ou há benefício para um e indiferença para o outro. Quando em uma interação, pelo menos um dos indivíduos é prejudicado, dizemos que se trata de uma relação desarmônica.

Relações harmônicas intraespecíficas Colônia As colônias constituem exemplos de associações estabelecidas entre organismos de uma mesma espécie. Nas colônias, os indivíduos encontram-se anatomicamente unidos uns aos outros, interagindo de maneira mutuamente benéfica. Existem colônias isomorfas e heteromorfas. Nas colônias isomorfas, os indivíduos são semelhantes e não há divisão de trabalho. Já nas colônias heteromorfas, os indivíduos apresentam diferentes formas, de maneira que se encontram adaptados a executarem funções diferenciadas, ou seja, há divisão de trabalho. Os corais são colônias isomorfas de pólipos (celenterados) em que o esqueleto calcário é compartilhado por inúmeros indivíduos semelhantes. Algumas bactérias também podem formar colônias isomorfas.

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Figura 01 - Exemplos de organismos coloniais isomorfos. Recifes de corais e bactérias do grupo Streptococcus, respectivamente.

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Como exemplo de colônia heteromorfa, vale citar as caravelas portuguesas. Os celenterados do gênero Phisalia constituem colônias formadas por indivíduos polipoides e medusoides com funções especializadas. Alguns se responsabilizam pela alimentação, enquanto outros promovem a defesa. Existem também os indivíduos responsáveis pela flutuação e os que se incubem dos aspectos reprodutivos.

Figura 02 - O celenterado colonial Physalia physalis vive em águas quentes e possui longos tentáculos ricos em células urticantes. O indivíduo flutuador enche-se de gases e age como uma vela, sendo arrastado pelo vento.

Sociedade Nas sociedades, apesar de os indivíduos cooperarem entre si, há independência física. Além de se deslocarem livremente (o que não ocorre nas colônias), os organismos sociais abandonam e retornam ao local de moradia quando necessário. As divisões de trabalho e a hierarquia imposta ao grupo aumentam as chances de sobrevivência e perpetuação da espécie. A sociedade é uma relação ecológica intraespecífica bastante conhecida em alguns grupos de insetos, os chamados insetos sociais, como as abelhas, formigas e cupins, embora também essa sociedade seja encontrada entre alguns mamíferos, como suricatos e macacos. Sociedade das abelhas

B13  Relação ecológicas

Existem várias espécies de abelhas que vivem em sociedade: tomemos como exemplo a espécie Apis mellifera, popularmente conhecida como abelha-europeia. Sua sociedade apresenta-se dividida em castas, isto é, grupos sociais especializados em desempenhar determinadas funções. A rainha é a única fêmea fértil, e é responsável pela reprodução. As operárias são fêmeas estéreis. Como seus ovários atrofiaram-se durante o desenvolvimento, elas se ocupam em coletar néctar e pólen das flores, proteger a colmeia, alimentar as larvas e produzir cera e mel. Os zangões são os machos, cuja única função é fecundar a rainha. Os zangões são haploides e originam-se do desenvolvimento de óvulos não fecundados, fenômeno conhecido como partenogênese. As operárias, assim como a rainha, são diploides e a diferenciação entre elas ocorre em detrimento da maneira como são alimentadas na fase larval. Enquanto larvas de operárias e zangões são nutridas com mel, as larvas que irão originar rainhas recebem geleia real. As abelhas são tão organizadas que alguns biólogos chegam a comparar suas colmeias a um organismo. 47

Biologia

As abelhas são insetos que produzem uma substância química chamada de feromônio. Essa substância funciona como um tipo de comunicação, não só entre as abelhas, mas também entre outros insetos, como as formigas, os cupins etc. Por meio do feromônio, os insetos são capazes de emitir sinais de alarme, localizar um alimento, reconhecer os outros membros da sociedade, identificar estranhos entre outras funções.

Rainha (fêmea fér l diploide)

Zangão (macho fér l haploide)

Meiose Espermatozoide

Óvulos (n) Fecundação Zigoto (2n)

B13  Relação ecológicas

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Zangão

Operária (fêmea estéril diploide)

Rainha

Figura 03 - Representação esquemática de como ocorre a reprodução nas abelhas, e a geração dos indivíduos que compõem as diferentes castas. Note que, além de terem diferenças anatômicas, os indivíduos também são diferentes quanto à quantidade de cromossomos que possuem: os machos são haploides enquanto as fêmeas são diploides.

Figura 04 - Na imagem, podemos observar como as três castas da sociedade das abelhas são diferentes anatomicamente. Da esquerda para direita, temos: abelha rainha, zangão e operária.

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Sociedade dos cupins A sociedade dos cupins (também conhecidos como térmitas) compõe-se de várias castas: rainhas, reis, operários e soldados. As rainhas e os reis são férteis e alados. Dotados de asas, quando sexualmente amadurecidos, saem do cupinzeiro para copular e fundar novos ninhos. O cupim rei não morre após a fecundação e por isso, ele consegue fecundar a rainha periodicamente. A rainha, por sua vez, consegue viver até 50 anos, colocando até três milhões de ovos por ano. Durante a gestação, o abdome da rainha fica repleto de ovos e aumenta significativamente de tamanho. Os operários são estéreis e desempenham diversas funções como, por exemplo, cavar os túneis do cupinzeiro e cuidar da alimentação. Eles são formados por machos e fêmeas estéreis, que constituem a maior parte dos indivíduos da sociedade. Os soldados são machos e fêmeas estéreis dotados de cabeça grande, mandíbula e patas muito fortes. São animais muito agressivos que ficam responsáveis pela defesa do cupinzeiro. Em algumas sociedades, existe ainda, a casta dos reprodutores de substituição. Eles servem para substituir os reis e rainhas em caso de morte. Como funcionam os cupins - Anatomia Operário

Soldado

Mandíbula do soldado

Rainha Rei

Antena Cabeça

Tórax

B13  Relação ecológicas

Pernas

Abdômen

Figura 05 - Representação esquemática dos indivíduos que compõem a sociedade dos cupins.

Biologia

Ovos Ninfa Larva

Rainha

Rei

Operário Soldado

Reprodu vo

Alado Sem asas

Figura 06 - Representação esquemática do ciclo de reprodução dos cupins.

Relações harmônicas interespecíficas

B13  Relação ecológicas

Protocooperação

Figura 07 - Na imagem, vemos um caranguejo paguro no interior de uma concha e sobre um recife de coral.

É a associação ecológica interespecífica positiva e facultativa para ambas espécies envolvidas. Apesar das vantagens que a relação produz para os participantes, aumentando as respectivas curvas de crescimento, eles sobrevivem caso sejam permanentemente separados. Os caranguejos do gênero Pagurus, relativamente comuns nas praias brasileiras, utilizam conchas abandonadas de moluscos como abrigos móveis. As conchas são um recurso essencial para a sobrevivência desses caranguejos, uma vez que eles possuem um abdome frágil. Muitos caranguejos paguro se utilizam de conchas que já possuem anêmonas do mar (cnidários) fixas, beneficiando-se da relação na medida em que os tentáculos urticantes das anêmonas afugentam os predadores. Por sua vez, as anêmonas, ao serem transportadas, aumentam seu território de obtenção de alimento.

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Outro exemplo de protocooperação é a relação entre o pássaro-palito e o crocodilo. A ave se introduz no interior da boca do crocodilo, de onde retira restos alimentares e sanguessugas. O réptil beneficia-se da limpeza promovida pelo pássaro-palito enquanto a ave garante mais uma alternativa alimentar. Mutualismo Trata-se de uma associação ecológica harmônica e obrigatória para as espécies envolvidas. Os organismos apresentam-se tão dependentes uns dos outros que a separação pode representar a morte. Os cupins alimentam-se de madeira apesar de serem incapazes de digerir celulose. Dependem, portanto, da associação com protozoários que habitam seu tubo digestório e desempenham esse papel. Os microrganismos também necessitam dessa relação, pois não sobrevivem fora do intestino dos cupins.

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Figura 08 - Os crocodilos convivem com algumas aves que se alimentam dos restos de comida acumulados em sua boca.

Figura 09 - Os cupins de madeira abrigam em seu tubo digestivo protozoários do gênero Trichonympha, micro-organismos capazes de digerir celulose.

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Os liquens constituem outro exemplo que vale ser mencionado. Essa interação ocorre entre algas unicelulares ou cianobactérias e algumas espécies de fungos. Os liquens constituem um dos casos mais tradicionais de mutualismo. As algas realizam fotossíntese produzindo a matéria orgânicas utilizada pelos fungos que, por sua vez, fornecem às algas sais minerais e a água retirada do substrato em que se encontram. Ambos conseguem juntos sobreviver em locais considerados inóspitos à maioria dos seres vivos.

B13  Relação ecológicas

Figura 10 - Liquens, associações mutualísticas em que os fungos envolvem as algas com suas hifas. Para ambos, a vida depende dessa interação.

Biologia

SAIBA MAIS

O comensalismo é uma relação harmônica interespecífica na qual um indivíduo é beneficiado sem prejudicar o outro. O termo é originalmente utilizado para designar as relações em que uma espécie, denominada comensal, aproveita dos restos alimentares da outra. A tendência, entretanto, é que o conceito seja estendido para qualquer relacionamento em que uma das espécies envolvidas beneficie-se sem prejudicar a outra. A relação entre o tubarão e o peixe-piloto constitui o exemplo típico de comensalismo. Os peixes-pilotos nadam em pequenos cardumes ao redor do tubarão alimentando-se de fragmentos de presa que caem da boca do tubarão no momento em que ele dilacera as presas. Os tubarões convivem também com as rêmoras. Elas se fixam ao tubarão por meio de ventosas acompanhando-o no ataque às presas. Essas duas espécies de peixes comensais beneficiam-se do relacionamento com o tubarão sem, no entanto, prejudicá-lo.

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O inquilinismo é a relação em que uma espécie animal, denominada inquilina, obtém abrigo no interior de uma espécie hospedeira sem, no entanto, prejudicá-la. O exemplo clássico é a interação entre os peixes do gênero Fieraster e o pepino-do-mar. Quando ameaçado, o pequeno Fieraster abriga-se dentro do corpo do pepino-do-mar. No caso em que as espécies envolvidas são de plantas, fala-se em epifitismo. As bromélias e orquídeas instalam-se no tronco das árvores buscando melhores condições de iluminação. Ambas não retiram seiva das árvores hospedeiras.

Comensalismo

Figura 11 - Comensalismo: as rêmoras (imagem superior) e os peixes-pilotos (imagem inferior) beneficiam-se dos restos alimentares do tubarão.

Relações desarmônicas interespecíficas Competição interespecífica

3 6 9 12 15 18 Tempo (dias)

P. caudatum cul vado separadamente

3 6 9 12 15 18 Tempo (dias)

Duas espécies cul vadas juntas Número de indivíduos

P. aurelia cul vado separadamente

Número de indivíduos

B13  Relação ecológicas

Número de indivíduos

Os experimentos do biólogo russo Georgii F. Gause com os protozoários ciliados Paramecium aurelia e Paramecium caudatum mostram o que pode acontecer se duas espécies competirem diretamente por recursos escassos. Quando esses protistas são criados em culturas separadas, cada população cresce rapidamente até a capacidade de suporte da cultura. Todavia, quando as duas espécies são cultivadas juntas, somente P. aurelia persiste. Assim, Gause concluiu que as espécies competem pelos mesmos recursos e não podem coexistir indefinidamente no mesmo local. Na verdade, duas espécies podem até dividir o mesmo habitat, mas se explorarem nichos ecológicos semelhantes, elas acabam tendo que competir entre si pelos recursos do meio. Caso essa situação continue por um determinado período de tempo, a tendência é que uma delas desapareça (Princípio de Gause ou Princípio da Exclusão Competitiva).

P. aurelia

3 6 9 12 15 18 Tempo (dias)

P. caudatum

Figura 12 - Curvas de crescimento de duas espécies de protistas ciliados intimamente relacionados.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

A analogia natural mais próxima dos experimentos realizados por Gause em laboratório ocorre quando introduzimos acidental ou intencionalmente espécies exóticas em novas áreas. As espécies introduzidas podem perturbar a nova comunidade onde se estabelecem, geralmente, por meio da competição por recursos ou pela predação de espécies nativas. A competição interespecífica frequentemente é avaliada como positiva para a espécie vencedora e negativa para a espécie que foi dizimada ou expulsa. Porém, há uma tendência em reavaliar essa situação, já que as duas populações fazem investimentos para competir. Esses investimentos diminuíram o desempenho de crescimento das duas populações envolvidas. A competição intraespecífica é uma relação que ocorre quando indivíduos de uma mesma espécie concorrem por recursos que limitem seu crescimento e sobrevivência. Arbustos da mesma espécie em ambiente árido disputando água é um exemplo disso.

SAIBA MAIS CURVA PADRÃO DE CRESCIMENTO

B13  Relação ecológicas

No de indivíduos

Uma população natural é formada pelo conjunto de indivíduos da mesma espécie, que ocupam certa área num tempo determinado. As populações estão continuamente sofrendo alterações em seu tamanho, devido às taxas de natalidade, mortalidade, imigração e emigração, mas o tamanho das populações naturais permanece em equilíbrio, em harmonia com os fatores abióticos que interferem na estrutura dessas populações. O potencial biótico de uma população é a sua capacidade de reprodução e, portanto, de aumentar o número de indivíduos em certa área em condições favoráveis. Apesar de muitas espécies apresentarem um potencial biótico elevado como os insetos, peixes, ostras entre outras, ao longo do tempo, as populações mantêm-se constantes devido à ação da resistência ambiental. Quando uma população se instala em um meio novo, vive fases características de crescimento populacional nesse processo de apropriação e interação dos recursos do novo habitat. Essas fases (A, B, C e D) estão representadas em uma curva chamada de: padrão de crescimento ou curva de Gause ou ainda, curva real. Observe abaixo. No primeiro momento (A), o ritmo reprodutivo é baixo. O número de Tamanho populacional máximo indivíduos que está iniciando a “colonização” do novo ambiente é pesuportado pelo ambiente queno, portanto, por meio da reprodução, o número de descendentes C é também pequeno. Essa fase inicial é marcada pelo crescimento lento. D Após esse período, uma situação oposta se apresenta. Em um intervaCurva de lo curto de tempo, o número de indivíduos dessa população apresenta potencial B bió co crescimento geométrico (B). Finalmente, a reprodução começou a proCurva de (ideal) duzir um número expressivo de descendentes. crescimento real Não há no meio, nesse momento, nenhuma restrição para o crescimento da espécie como: território, oxigênio, oferta de nutrientes, água, ou A seja, não há nenhum fator limitante que comprometa o crescimento da população. Naturalmente, após esse período, os limites ambientais Tempo começam a acontecer. Por exemplo, o território começa a ficar reduzido Figura 13 - Curvas representativas do potencial biótico ideal de uma assim como a oferta de nutrientes. Os indivíduos devem agora comespécie em comparação com o crescimento real. petir por todos os recursos do meio. Alguns vencem essa competição, permanecem vivos e vão deixar descendentes. Outros perderão a competição e serão eliminados ou expulsos. Além da competição, outros fatores como parasitismo, predatismo e até catástrofes naturais podem interferir na população, levando a uma quebra no padrão de crescimento. Esses fatores compõem um conjunto chamado de resistência ambiental. Diante dessa nova situação, a curva padrão revelará uma desaceleração do crescimento populacional (C). Uma fase final se estabelece com a implantação de um equilíbrio dinâmico onde ocorrem naturalmente pequenas flutuações no tamanho da população (D). Esse tamanho gira em torno de um número de indivíduos ao qual o meio tem capacidade de garantir as necessidades sem sofrer degradação. Essa capacidade do meio é chamada de capacidade limite ou capacidade suporte do ambiente. Uma população que se instala em um novo ambiente e não sofre interferências dos fatores de resistência ambiental teria um crescimento definido por uma curva ideal ou, simplesmente, a curva do potencial biótico. Na natureza, entretanto, verifica-se que o tamanho das populações em comunidades estáveis não aumenta indefinidamente, mas permanece relativamente constante. A diferença entre o potencial biótico e a resistência ambiental cria a curva de crescimento real.

Biologia

Predação

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O termo refere-se à relação em que uma espécie, a predadora, mata e alimenta-se de outra, denominada presa. As imagens de uma coruja comendo um rato ou um leão atacando uma zebra representam a essência dessa interação, em que predadores capturam e consomem suas presas. Os predadores, em geral, possuem garras, dentição desenvolvida, são velozes ou possuem glândulas de veneno e usam de estratégias para surpreender as presas como, por exemplo, o bote.

Figura 14 - As corujas possuem uma dieta diversificada, variando de grandes insetos a pequenos mamíferos (como ratos). Já os leões são capazes de perseguir e abater presas maiores que eles mesmos.

As presas também possuem estratégias para escapar da ação dos predadores como, por exemplo, o mimetismo e a camuflagem. Uma espécie palatável pode mimetizar uma espécie não palatável ao predador. A falsa-coral viveu um processo de evolução em que características semelhantes a coral-verdadeira foram selecionadas. Os predadores, como o gavião, rejeitam a falsa-coral devido às experiências negativas ao predar a coral-verdadeira.

Animais que se alimentam de plantas inteiras podem também ser considerados predadores. A herbivoria é uma interação de predação em que animais, os herbívoros, alimentam-se de plantas vivas. Constituindo, portanto, benefício para os animais e prejuízo para as plantas.

B13  Relação ecológicas

Figura 15 - Os pandas alimentam-se, predominantemente, de folhas e brotos de bambu.

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Na camuflagem, a presa externamente se assemelha com a textura e cores do meio físico onde vive e diminui a chance de ser visualizada pelo predador. Os predadores também podem utilizar das estratégias do mimetismo e camuflagem para surpreender as suas presas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Parasitismo O parasitismo é a interação em que uma espécie (parasita), associa-se à outra (hospedeira). O parasita explora os nutrientes e, na maioria das vezes, produz algum grau de lesão em células e tecidos do hospedeiro ou ainda lhe prejudica por causar alterações químicas e fisiológicas. Os parasitas costumam ser pequenos e vivem dentro ou sobre o corpo dos hospedeiros. Parasitas que vivem no interior do hospedeiro são chamados de endoparasitas (vermes, protozoários e artrópodes). Já os parasitas que se alimentam na superfície externa do hospedeiro são denominados ectoparasitas (piolhos, pulgas e carrapatos).

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Os parasitas costumam ser especializados em seu hospedeiro, e são capazes de retirar-lhe os recursos necessários sem, na maioria das vezes, levá-lo rapidamente ao óbito. Estima-se que pelo menos um terço das espécies existentes sobre a Terra sejam parasitas. As ventosas e ganchos e a alta taxa reprodutiva dos vermes parasitas dentro do organismo hospedeiro são estratégias que demonstram adaptações ao hábito parasita.

O parasitismo também ocorre entre vegetais. Plantas parasitas podem retirar a seiva elaborada de suas plantas hospedeiras por meio de raízes sugadoras ou haustórios. Elas são nomeadas holoparasitas. O cipó-chumbo (Cuscuta racemosa) é uma planta aclorofilada holoparasita, e cresce sobre a copa das árvores e arbustos. Algumas plantas, porém, exploram apenas a seiva bruta das plantas hospedeiras. Nesse caso, são nomeadas hemiparasitas. A erva de passarinho (Viscum album) é, portanto, uma hemiparasita. Figura 17 - Cipó chumbo sobre a vegetação.

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Figura 16 - Exemplos de parasitismo. Os carrapatos são ectoparasitas que se alimentam de sangue animal. À direita, exemplares da espécie Ascaris lumbricoides, vermes endoparasitas que habitam o intestino humano.

Biologia

Amensalismo

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O amensalismo ou antibiose é uma modalidade de interação em que uma espécie, a inibidora, secreta substâncias que impedem o desenvolvimento de outra espécie, denominada amensal. É o caso dos fungos do gênero Penicillium que liberam a penicilina (substância que impede o desenvolvimento de algumas bactérias). Outro exemplo clássico é o fenômeno da maré vermelha, causado por uma proliferação exagerada de certas algas que passam a liberar no mar substâncias tóxicas capazes de provocar a morte de muitos organismos marinhos. O amensalismo é compreendido como uma estratégia dentro da competição.

Figura 18 - Aspecto do fungo Penicillium observado ao microscópio. À direita, manchas vermelhas na água do mar, fenômeno conhecido como maré vermelha.

SAIBA MAIS

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CONTROLE BIOLÓGICO: CONHECIMENTO DAS INTERAÇÕES ECOLÓGICAS A FAVOR DA AGRICULTURA. O termo “controle biológico” foi usado pela primeira vez em 1919 por Harry S. Smith, para se referir ao uso de inimigos naturais no controle de insetos-praga de culturas agrícolas. Desde então, vários pesquisadores, principalmente entomologistas (pesquisadores que estudam os insetos), têm tentado definir esta expressão. Os primeiros projetos de controle biológico baseavam-se em utilizar predadores das pragas. Porém não há muita especificidade entre predador e presa. O controle biológico então evoluiu para utilização de parasitas das pragas. Nessa interação, ocorre maior especificidade e a população de praga é, seletivamente, reduzida pelo seu parasita. Hoje a competição, por exemplo, a sexual, tem sido o foco do controle biológico. Ao introduzir na lavoura machos estéreis que competem com os férteis, tem-se produzido redução da população de pragas. Mais recentemente ainda, é a utilização de feromônios como nova estratégia para o controle de pragas na lavoura. Essas substâncias atuam como meio de comunicação entre os insetos. Extraídos em laboratório são utilizados para atrair os insetos-pragas para uma determinada armadilha. Sendo assim, o controle biológico ou simplesmente biocontrole, como também é chamado, pode ser definido como o uso de um organismo, ou organismos, na regulação de uma população animal ou vegetal, sendo considerado então uma forma de manejo de populações. Os organismos vivos utilizados como agentes de controle biológico compõem o grupo conhecido como inimigos naturais. Do ponto de vista econômico, um inimigo natural efetivo é aquele capaz de regular a densidade populacional de uma determinada praga e mantê-la em um nível de equilíbrio, ou seja, abaixo do nível de dano estabelecido para o cultivo em questão. O grupo dos inimigos naturais é formado pelos patógenos, parasitoides e predadores. O primeiro é também conhecido como agentes entomopatogênicos (causam doenças nos insetos) e os últimos são conhecidos como agentes entomófagos (se alimentam de insetos). O controle biológico pode apresentar diversas vantagens quando comparado ao controle químico. Essa forma de controle tem se mostrado mais eficaz e menos agressiva para o meio ambiente. Trata-se de uma forma de controle que não deixa resíduos no ambiente. Essa é uma prática da agricultura sustentável, e permite a colheita contínua, pois não há período de carência após a liberação dos inimigos naturais; protege a biodiversidade, evitando desequilíbrios e não atinge organismos não alvo, como os polinizadores. Além de todas as vantagens já citadas, o biocontrole é uma forma de controle mais econômica quando avaliada em longo prazo, apresentando melhor custo benefício e aumentando, assim, os lucros do produtor.

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Exercícios de Fixação

As interações descritas são representadas, respectivamente, por: a) +/0; +/-; +/+ c) +/+; +/0; +/– b) +/+; +/-; +/– d) +/–; +/+; +/+ 02. (PUC SP) Em certo ecossistema, roedores e formigas alimentam-se de sementes e, portanto, são potenciais competidores. Porém, enquanto os roedores preferem sementes grandes, as formigas têm predileção por sementes pequenas. Sabe-se, também, que nesse ecossistema as plantas de sementes grandes competem com as plantas de sementes pequenas por recursos do solo, havendo, nessa relação, uma nítida vantagem das primeiras sobre as segundas. Se os roedores forem removidos do ecossistema, espera-se que haja, em longo prazo, a) redução do número de plantas de sementes grandes. b) aumento do número de plantas de sementes pequenas. c) redução do número de formigas. d) aumento contínuo da população de formigas. 03. (UEL PR) Mimetismo é um termo utilizado em biologia, a partir da metade do século XIX, para designar um tipo de adaptação em que uma espécie possui características que evoluíram para se assemelhar com as de outra espécie. As observações do naturalista Henry Walter Bates, estudando borboletas na Amazônia, levaram ao desenvolvimento do conceito de mimetismo batesiano. É correto afirmar que o mimetismo batesiano é uma adaptação em que a) a fêmea de algumas espécies de inseto é imitada por flores que se beneficiam da tentativa de cópula do macho para sua polinização. b) uma espécie apresenta características que a assemelham ao ambiente, dificultando sua localização por outras espécies com as quais interage. c) um modelo inofensivo é imitado por um predador para se aproximar o suficiente de sua presa a ponto de capturá-la. d) um modelo tóxico ou perigoso é imitado por espécies igualmente tóxicas ou perigosas. e) um modelo tóxico ou perigoso é imitado por espécies palatáveis ou inofensivas.

04. (FPS PE) Analise a relação ecológica mostrada na foto abaixo.

Sobre essa relação, é correto afirmar que a) as plantas apresentam mecanismos de defesa contra agressores, sendo em geral predadoras insetívoras. b) a relação ecológica é harmônica, pois produz equilíbrio ambiental entre as populações de ambas as espécies. c) a relação ecológica mostrada é intraespecífica, pois ocorre entre organismos de espécies de diferentes níveis tróficos. d) há diminuição do fluxo energético entre níveis tróficos, uma vez que a planta captura parcialmente a energia da mosca. e) a relação ecológica mostrada é interespecífica, sendo a planta considerada “consumidor primário”, e a mosca, “consumidor secundário”. 05. (UFRR) Na natureza, os seres vivos estabelecem diferentes tipos de relações interespecíficas, isto é, relações ecológicas entre membros de espécies distintas, tais como: I. Determinados tipos de fungos e de algas se associam (formando os liquens), de modo que os primeiros fornecem às algas água e nutrientes minerais extraídos do substrato. Por sua vez, as algas fornecem compostos orgânicos ao fungo, obtidos por meio da fotossíntese. II. Muitas espécies de orquídeas e de bromélias crescem sobre o tronco e galhos de árvores, obtendo abrigo e melhor acesso à luz solar em um ambiente de floresta sem, contudo, produzir danos ou benefícios às árvores hospedeiras. III. O cipó-chumbo (Cuscuta racemosa) é uma planta que não possui clorofila. Para sobreviver ela cresce sobre outras plantas de onde extrai a seiva elaborada, necessária à sua sobrevivência e crescimento, por meio de raízes especializadas que penetram no interior dos vasos condutores da espécie hospedeira. Os exemplos descritos anteriormente são qualificados, respectivamente, como: a) Inquilinismo, protocooperação e parasitismo. b) Mutualismo, inquilinismo e parasitismo. c) Inquilinismo, mutualismo e parasitismo. d) Parasitismo, mutualismo e inquilinismo. e) Mutualismo, parasitismo e inquilinismo.

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01. (UFU MG) As relações/interações ecológicas estabelecidas entre duas espécies podem ser benéficas, prejudiciais ou neutras, e uma das formas de representação é o uso dos símbolos +, – e 0, respectivamente. Observe as seguintes interações: I. A fixação de nitrogênio por bactérias presentes nos nódulos das raízes de plantas leguminosas. II. Uma cadeia alimentar na qual os gafanhotos se alimentam das plantas. III. Os vermes que vivem no intestino de uma criança.

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Biologia

Exercícios Complementares 01. (Uncisal AL) As plantas do gênero Cuscuta (fios-de-ovos ou cipó-chumbo) são diferentes: não possuem folhas perceptíveis e, quando adultas, não possuem clorofila nem raízes. No entanto, elas apresentam larga dispersão desde a América do Norte até a América do Sul, inclusive no Brasil. Em relação às plantas desse gênero, é correto afirmar que são a) predadoras e sobrevivem da ingestão de insetos e pequenos animais. b) comensais e sobrevivem aproveitando-se de restos de outros vegetais. c) coloniais e existem indivíduos que realizam tarefas diferentes no vegetal. d) parasitas e sobrevivem ao absorver a seiva elaborada dos vegetais hospedeiros. e) decompositoras e sobrevivem a partir da absorção da matéria orgânica decomposta. 02. (UCB DF) Os liquens, encontrados em troncos de árvores, são constituídos por fungos e bactérias. Essa relação é um exemplo de: a) canibalismo. b) parasitismo. c) sociedade. d) inquilinismo. e) mutualismo. 03. (UFJF MG) Considerando o estudo das relações ecológicas entre seres vivos, analise as seguintes afirmativas: I. A hiena pode se alimentar das sobras deixadas pelos leões e isso não representa prejuízo para nenhuma das duas espécies. II. O anu é uma ave que se alimenta de insetos e pequenos parasitas que habitam o corpo de bois. III. Existem protozoários do gênero Triconympha que habitam o corpo de cupins, promovendo a digestão da celulose, processo que o inseto não conseguiria realizar sozinho. IV. Animais podem disputar, entre si, recursos do ambiente, território e parceiros para reprodução. V. O nematoide Ancylostoma duodenale causa uma doença chamada amarelão.

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Após a análise das afirmativas, determine a alternativa que contém a sequência CORRETA (de I até V) das relações ecológicas envolvidas nestas afirmativas: a) inquilinismo; protocooperação; competição; mutualismo; parasitismo. b) comensalismo; mutualismo; protocooperação; competição; parasitismo. c) protocooperação; parasitismo; inquilinismo; competição; mutualismo.

d) comensalismo; protocooperação; mutualismo; competição; parasitismo. e) competição; parasitismo; mutualismo; protocooperação; inquilinismo. 04. (UEAM) Em vários pontos de uma placa de Petri com meio de cultura, um pesquisador semeou um determinado tipo de micro-organismo, chamado de A. Na sequência, semeou em um ponto específico da placa de Petri um segundo tipo de micro-organismo, chamado de B. Passados alguns dias, o pesquisador observou que os micro-organismos do tipo A haviam crescido por toda a área do meio de cultura, exceto à volta da área de crescimento do micro-organismo B. É correto afirmar que os micro-organismos do tipo A e os micro-organismos do tipo B são, respectivamente, a) bactérias e fungos, e o não crescimento do micro-organismo A na área ao redor de B é devido à produção de substâncias químicas pelo micro-organismo B. b) bactérias e fungos, e o não crescimento do micro-organismo A na área ao redor de B é devido à produção de anticorpos pelo micro-organismo B. c) bactérias e vírus, e o não crescimento do micro-organismo A na área ao redor de B é devido à infecção de A por B, uma vez que estes últimos são parasitas intracelulares. d) fungos e bactérias, e o não crescimento do micro-organismo A na área ao redor de B é devido à fagocitose exercida pelas células do micro-organismo B. e) bactérias e vírus, e o não crescimento do micro-organismo A na área ao redor de B é devido à ação lítica do micro-organismo B sobre as células do micro-organismo A. 05. (UEM PR) Um grupo de alunos, em uma aula de campo às margens do rio Paraná, observou: garças brancas pequenas que acompanhavam o gado bovino e comiam os carrapatos; serpentes que capturavam sapos e pequenos roedores; seriemas capturando serpentes e pererecas. Os alunos fizeram muitas considerações, e algumas estão relacionadas abaixo. Assinale a(s) que estiver(em) correta(s). 01. Entre os bois e os carrapatos, as garças e os carrapatos, existem relações interespecíficas, denominadas, respectivamente, parasitismo e predação. 02. Os pequenos roedores e as pererecas estabelecem uma relação de comensalismo. 04. As garças brancas pequenas e o gado têm uma relação de mutualismo. 08. As pererecas estabelecem uma simbiose com as serpentes e as seriemas, relação que regula a densidade populacional das espécies envolvidas. 16. As serpentes e as seriemas estabelecem uma relação de competição.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B14

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: ÁGUA, CARBONO E OXIGÊNIO

ASSUNTOS ABORDADOS n Ciclos biogeoquímicos: água,

carbono e oxigênio n Ciclo da água n Ciclo do carbono

“Na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma." Antoine Lavoisier (1743 – 1794).

n Ciclo do oxigênio

Figura 01 - Desenho de Antoine Lavoisier.

Em que aspecto a lei da conservação da matéria de Lavoisier se relaciona com a ecologia? A grande variedade de matéria existente em nosso Planeta origina-se da combinação de pequenas partículas conhecidas como átomos. Os átomos unem-se por meio de ligações químicas para formar as moléculas que compõem as organelas presentes no interior das células. As células são a unidade básica da vida e agrupam-se nos diversos tecidos pertencentes aos órgãos constituintes dos sistemas que formam cada organismo. Biomolécula DNA

Organismo Girafa Átomo Átomo de oxigênio Sistema de órgãos Sistema circulatório

Organela Núcleo

Órgão Coração Tecido Tecido do músculo cardíaco

Célula Célula do músculo cardíaco

Figura 02 - Níveis de organização dos seres vivos.

Todo organismo é matéria e a vida depende da reciclagem dos elementos químicos que a compõem. Grande parte do estoque químico que integra os seres vivos é, continuamente, substituído à medida que os nutrientes são absorvidos e as excretas eliminadas. Quando os organismos morrem, a matéria orgânica é degradada e os átomos que compunham suas complexas moléculas retornam à natureza onde poderão ser novamente incorporados por outros seres vivos. A decomposição reabastece, portanto, os estoques de material inorgânico que os seres autótrofos utilizam para a produção de suas substâncias orgânicas.

SAIBA MAIS Os seis elementos químicos mais frequentes na composição dos seres vivos: Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio (N), Fósforo (P) e Enxofre (S). Estão também entre os mais abundantes do Planeta.

Biologia

Aos movimentos cíclicos dos elementos que constituem a matéria, passando pelos componentes bióticos e abióticos do ecossistema, atribui-se o nome de ciclos biogeoquímicos. CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

Porque os organismos vivos interagem no processo de síntese orgânica e decomposição dos elementos

Porque o meio terrestre é a fonte dos elementos

Porque são ciclos de elementos químicos

Ciclo da água A água está presente em toda parte, inclusive nos seres vivos e fora deles. Além de ser o componente mais abundante da matéria viva, a água recobre a maior parte da superfície terrestre. Em nosso Planeta, há mais superfície com água do que com terra: 75% da superfície são cobertos por água, enquanto os outros 25% são cobertos por terra. De toda a água que recobre o Planeta, cerca de 97% é oceânica, pertencendo, portanto; ao talassociclo (do grego thalassos = mar). Os 3% restantes pertencem ao limnociclo (do grego limne = lago), ou seja, ao conjunto dos ecossistemas dulcícolas como rios, lagos, lençóis subterrâneos e geleiras. Uma parcela desprezível está na atmosfera.

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A água é encontrada na natureza nos estados sólido, líquido e vapor, conforme as condições do ambiente. O ciclo da água no planeta acontece em duas etapas: um ciclo curto (ou pequeno) e outro ciclo longo (ou grande). O ciclo curto da água ocorre pela evaporação da água dos oceanos, rios, mares e lagos e sua volta à superfície da Terra na forma de chuva e neve. Os vegetais e animais participam do ciclo longo. Nos vegetais a água é devolvida ao ambiente por transpiração e gutação, enquanto os animais eliminam água por respiração, transpiração, urina e fezes.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

SAIBA MAIS AS RESERVAS MUNDIAIS DE ÁGUA A água potável pode ser definida como a água própria para consumo, ou seja, livre de substâncias e organismos que possam trazer doenças, além de não possuir cor, gosto ou cheiro. Para que uma água seja considerada potável, devemos, portanto, analisar suas características físicas, químicas e biológicas: incolor, inodoro (sem cheiro), insípida (sem sabor) e insossa (sem sal). A escassez de água é um problema que afeta todo o mundo. Apesar da porcentagem de 12% da água doce do Planeta estar concentrada em nosso país, a crise hídrica é uma preocupação que também atinge os brasileiros. A situação parece contraditória, tendo em conta que todos aprendemos que a maior parte do planeta Terra é constituído de água (75%). Entretanto, o que as pessoas precisam realmente saber é que mais de 97% dessa água não pode ser consumida e nem utilizada em limpezas e higiene pessoal, por exemplo. Isso porque ela é salgada. Da água doce que sobra, grande parte está congelada e outra parte substancial está no subsolo. Enquanto isso, a água que existe nos reservatórios e entra nas redes de distribuição para ser utilizada pelas pessoas corresponde a menos de 1%, e pouco sobra para consumo próprio, pois a produção agrícola exige uma grande quantidade de água para desenvolver-se de forma satisfatória. Além disso, uma boa porcentagem dessa água também é requerida pelas indústrias. Infelizmente, isso não é tudo. Há outra porcentagem de água que poderia ser utilizada, mas acaba sendo contaminada por resíduos industriais, resíduos de aterros sanitários e lixões, entre outros. A dessalinização das águas do mar e de aquíferos subterrâneos com salinidade elevada vem sendo a solução para vários países que possuem tecnologia e capital, pois a água potável gerada por essas usinas de dessalinização é um produto muito caro e inacessível a muitas populações. É importante destacar que a água potável é um bem valioso que merece atenção não só por parte dos governantes. Cada pessoa, ao desperdiçar água em sua casa ou poluir um rio, por exemplo, está contribuindo para que a quantidade de água potável seja reduzida. Fazer a nossa parte é garantir qualidade de vida para a nossa geração e para as gerações futuras.

Pequeno ciclo

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No pequeno ciclo, a água transita apenas pelas camadas da hidrosfera e atmosfera, não constituindo um ciclo biogeoquímico por si só, já que os seres vivos não são parte integrante. O pequeno ciclo consiste no processo de evaporação da água dos oceanos, rios e lagos, que passa do seu estado líquido para o estado de vapor, devido ao aquecimento da água líquida. Esse vapor de água, por sua vez, ao atingir camadas mais altas e consequentemente mais frias da atmosfera, se condensa formando gotículas líquidas ou se solidifica formando cristais de gelo, as nuvens. Quando a nuvem se encontra sobrecarregada de gotículas de água, elas caem em forma de chuva, retornando aos rios, lagos e oceanos, fechando assim o pequeno ciclo.

Precipitação Cursos d’agua

Condensação

Evaporação

Oceano Lençol freá co

Figura 03 - Representação esquemática do ciclo curto da água na natureza.

Biologia

Grande ciclo Nós sabemos que os seres vivos também participam do grande ciclo da água. Neste caso, esse processo é chamado de grande ciclo da água. O grande ciclo da água ocorre da mesma forma que o pequeno ciclo, mas tem a biosfera como intermediária. Utilizando o ambiente terrestre como referência, o início da parte biótica do ciclo ocorre quando as plantas utilizam suas raízes para absorver a água infiltrada no solo. Uma vez na planta, essa água vai ser utilizada para uma série de funções, sendo um dos elementos fundamentais do processo de fotossíntese. Neste processo, os átomos de hidrogênio da água vão ser essenciais para o processo de produção da glicose, que constitui a fonte de alimento da planta, enquanto seus átomos de oxigênio vão produzir moléculas de O2 que serão liberadas na atmosfera, sendo à base da respiração aeróbica. Já os animais obtêm água ingerindo-a diretamente ou por meio do consumo de alimentos. Quando um organismo consome um vegetal, a água absorvida por ele é incorporada pelo organismo consumidor, podendo ser passada adiante ao longo da cadeia alimentar. A água ingerida pelos animais também é utilizada em uma série de processos metabólicos como a síntese de moléculas orgânicas, passando a fazer parte dos seus tecidos. Essa água retorna ao ambiente quando animais e vegetais morrem e seus corpos são consumidos por organismos decompositores. Além desses meios, os animais eliminam água por meio da urina e das fezes. A água ainda pode retornar ao ambiente de forma mais imediata. A respiração celular realizada tanto por plantas como por animais libera, além de gás carbônico, vapor d’água na atmosfera. Outro processo básico comum aos animais mamíferos e vegetais que permite o retorno da água ao ambiente é a transpiração. Por meio desse processo, no caso dos vegetais, a água é liberada na superfície do corpo por células epidérmicas modificadas ou estômatos e retorna à atmosfera devido a sua evaporação. Nas plantas, a transpiração é importante para estabelecer um fluxo ascendente de seiva mineral, pois a liberação da água cria uma pressão negativa que provoca a absorção de mais água pelas raízes das plantas. Figura 04 - Representação esquemática do ciclo longo da água na natureza.

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Evaporação

Atmosfera Transpiração e respiração Vegetais

Rios, lagos e mares

Animais

Nutrição

Excreção e decomposição

Absorção

Gutação e decomposição

Precipitação

Transpiração e respiração

Solo

Percolação

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Ciclo do carbono Os átomos de carbono apresentam-se disponíveis na atmosfera compondo as moléculas de gás carbônico (CO2) e corresponde a 0,04% do ar atmosférico. As plantas, algas e cianobactérias, seres autótrofos, assimilam o CO2 atmosférico e, através da fotossíntese, empregam o carbono na produção de substâncias orgânicas. Parte da matéria orgânica sintetizada é degradada pelos próprios produtores que, com o propósito de obterem a energia necessária à sua manutenção metabólica, restituem à atmosfera o gás carbônico por meio da respiração. O excedente passa a constituir a biomassa dos produtores. Ao se alimentar dos seres fotossintetizantes, os consumidores aproveitam as moléculas ingeridas, empregando-as em seus processos vitais. Parte do carbono incorporado é liberado na forma de CO2 pela respiração e outra parte passa a constituir sua biomassa. Dessa maneira, o carbono vai sendo transferido entre os níveis tróficos e, aos poucos, sendo liberado para a atmosfera pela respiração. Quando os organismos morrem, o processo de reciclagem completa-se pela ação dos decompositores que degradam a matéria cadavérica, e até mesmo os excrementos dos animais, permitindo que seus componentes possam ser reaproveitados. O carbono retorna à atmosfera e pode novamente ser assimilado pela fotossíntese. Ciclo do carbono Dióxido de carbono na atmosfera

Fotossíntese terrestre

Emissão humana

Respiração Oceanos Sedimentos no oceano

Carbono no solo

Carbono fóssil

Troca de gases entre ar e oceano

Respiração

Respiração e decomposição microbiana

Fotossíntese marinha

Suspensão B14  Ciclos biogeoquímicas: água, carbono e oxigênio

Erosão de rochas terrestres

Figura 05 - Esquema representativo do ciclo do carbono.

A quantidade de CO2 retirada anualmente da atmosfera pela atividade fotossintética das plantas e do fitoplâncton é aproximadamente igual à quantidade de CO2 adicionada por meio da respiração celular realizada pelos produtores e consumidores. Sabe-se que a atividade vulcânica e as queimadas são capazes de liberar quantidades consideráveis de gás carbônico, entretanto, é a queima de combustíveis fósseis que tanto preocupa a comunidade científica. Os combustíveis fósseis são assim chamados por ser resultado de um lento processo de deposição sob pressão de sedimentos sobre vida animal, vegetal e micro-organismos, resultando na transformação da matéria orgânica acumulada. Um processo de transformação que dura milhões de anos e resulta na formação, por exemplo, do carvão mineral, do petróleo e do gás natural. A queima destes combustíveis é largamente utilizada para gerar energia e movimentar motores de máquinas industriais e veículos. 63

Biologia

O problema reside no fato de que a queima libera para a atmosfera grandes quantidades de gás carbônico, originado de átomos de carbono que estiveram imobilizados e soterrados durante milhões de anos. Esse carbono liberado na queima dos combustíveis fósseis não fazia parte originalmente do ciclo natural do carbono. Há aproximadamente 150 anos, o homem descobriu as jazidas fósseis e desenvolveu tecnologias para extração desse recurso. Esse excedente de CO2 na atmosfera tem acentuado o efeito estufa, contribuindo para elevar a temperatura média global.

SAIBA MAIS POR QUE A PREOCUPAÇÃO COM O EFEITO ESTUFA?

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A atmosfera é uma camada que envolve o Planeta, constituída de vários gases. Os principais são o Nitrogênio (N2) e o Oxigênio (O2) que, juntos, compõem cerca de 99% da atmosfera. Alguns outros gases encontram-se presentes em pequenas quantidades, incluindo os conhecidos como gases de efeito estufa (GEE). Dentre esses gases, estão o dióxido de carbono (CO2), o metano (CH4), o óxido nitroso (N2O), perfluorcarbonetos (PFCs) e também o vapor de água. Esses gases funcionam como uma cortina que vai da superfície da Terra em direção ao espaço, impedindo que a energia do Sol absorvida pela Terra durante o dia, seja emitida de volta para o espaço. Sendo assim, parte do calor fica “aprisionado” próximo da Terra (onde o ar é mais denso), o que faz com que a temperatura média de nosso Planeta seja em torno de 15°C. A esse fenômeno de aquecimento da Terra dá-se o nome de efeito estufa. Se não existisse o efeito estufa, a temperatura média na Terra seria em torno de –15°C e não existiria água na forma líquida, nem vida. Se o aquecimento da Terra pelos gases estufa permite que o nosso clima seja mais ameno, então por que nos preocupar com o efeito estufa? O grande problema é que o efeito estufa está aumentando muito rapidamente neste último século, em função da alta emissão de gases como carbônico, metano e óxido nitroso para a atmosfera. A principal fonte de gás carbônico é a queima de combustíveis fósseis (carvão, gasolina, diesel) e as queimadas das florestas. Esse aumento da temperatura global traz como consequência o derretimento de grandes massas de gelo das regiões polares, ocasionando aumento do nível do mar, que pode levar a problemas como submersão de cidades litorâneas e migração forçada de pessoas; aumento de desastres naturais como furacões, tufões e ciclones; desertificação de áreas naturais; secas mais frequentes; mudanças nos regimes das chuvas; problemas na produção de alimentos etc. As mudanças na temperatura podem afetar as áreas produtivas e interferência na biodiversidade, podendo levar várias espécies à extinção. Podemos concluir então que o aquecimento global é mais do que um aumento de temperatura - ele está relacionado com as mais variadas mudanças climáticas.

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Ciclo do oxigênio Podemos observar que parte do ciclo do oxigênio foi descrita juntamente com o ciclo do carbono, uma vez que os átomos desses elementos químicos participam de moléculas comuns. Na natureza, os átomos de oxigênio são, continuamente, transferidos entre dois reservatórios principais. Primeiramente, na atmosfera, onde podem ser encontrados, principalmente,na forma de gás oxigênio (O2) contribuindo com 20% da mistura gasosa que é a atmosfera terrestre. Em segundo lugar, compondo moléculas de gás carbônico (CO2), e os seres vivos, onde participam da composição de diversas substâncias orgânicas como, por exemplo, a água (H2O) e a glicose (C6H12O6). Observe a equação química referente ao processo fotossintético 6 CO2 + 12 H2O + energia luminosa → C6H12O6+ 6 H2O + 6 O2 As plantas e algas, seres autótrofos, fixam o CO2 atmosférico através da fotossíntese e empregam o oxigênio na composição da glicose. Nesse mesmo processo, ocorre também a liberação para atmosfera de gás oxigênio (O2) originado da água consumida na fase clara da fotossíntese. Agora, observe a equação química referente ao processo respiratório C6H12O6 + 6 O2+ 30ADP +30Pi → 6 CO2 + 6 H2O + 30 ATP Nesse processo, plantas e animais assimilam o O2e combinam os átomos de oxigênio em moléculas de água que podem ser utilizadas na síntese de outras substâncias ou eliminadas do organismo. O oxigênio também pode ser liberado na forma de gás carbônico (CO2). O3 + radiação UV O2 + radiação UV

O + O2 O + O2 O+O

a radiação ultravioleta é absorvida pela camada de ozônio

SAIBA MAIS CICLO DO CARBONONO MEIO AQUÁTICO O ciclo do carbono tem uma renovação mais lenta e um tempo de residência maior do que o ciclo da água. A maior parte do carbono em meio aquático encontra-se sob a forma de carbonatos dissolvidos na água dos mares profundos. Além dos carbonatos dissolvidos, o carbono pode estar estocado em grandes quantidades nos sedimentos marinhos que formam os precursores do petróleo. Existem ainda consideráveis quantidades de carbono orgânico e particulado nas águas dos mares. Todo esse carbono é continuamente reciclado dentro da cadeia planctônica (fitoplâncton, zooplâncton) que o devolve ao compartimento inorgânico via respiração.

CO2 O2 usado na respiração aeróbia

CO2

O2 usado na queima de combus veis fósseis

O2 usado na oxidação de minerais.

O2 produzido na fotossíntese

CO2

CO2 fitoplâncton CaCO3

CO32-

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oxigênio combinado nos sedimentos Figura 06 - Esquema representativo do ciclo do oxigênio.

Acredita-se que todo o oxigênio presente na atmosfera seja biogênico, isto é, foi liberado através da fotossíntese pelos produtores. Na atmosfera da terra primitiva, há aproximadamente 5 bilhões de anos, não havia O2. A estimativa é de que tenham sido necessários 2 bilhões de anos para que a atividade dos organismos autótrofos elevasse o teor de oxigênio atmosférico a uma taxa que permitisse a manutenção respiratória dos organismos multicelulares mais complexos.

SAIBA MAIS A radiação ultravioleta emitida pelo Sol é capaz de promover a conversão do gás oxigênio (O2) em gás ozônio (O3). Os raios ultravioletas curtos provocam a ruptura de algumas moléculas de O2 que, por serem altamente reativas, atacam outras moléculas de gás oxigênio, resultando na produção de O3. Sabe-se que o ozônio forma, na alta atmosfera, uma camada que envolve a terra e que protege os seres vivos das radiações ultravioletas que produzem mutação e estão relacionadas ao câncer de pele.

Biologia

neta

Exercícios de Fixação 01. (UCB DF) O Distrito Federal vive uma crise hídrica decorrente de vários fatores. Considerando os aspectos químicos e físicos relativos aos processos naturais e artificiais que a água pode sofrer no cotidiano, assinale a alternativa correta. a) A precipitação de água na forma de chuva é decorrente de transformações de estados físicos da água. b) A água, após utilizada nas residências para o consumo humano direto e para o saneamento doméstico, só pode ser reaproveitada com a utilização processos estritamente químicos. c) A evaporação das águas dos rios e dos lagos é um exemplo de um fenômeno químico que ocorre naturalmente. d) A água potável é um material isento de substâncias químicas. e) A água com alta concentração de dióxido de carbono dissolvido é um material com características básicas.

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02. (IFRS) Após alguns anos de instabilidades climáticas, o inverno de 2013, no Rio Grande do Sul, caracterizou-se por um comportamento climático condizente com a estação do ano. Nesse período, houve chuvas, temperaturas baixas, geadas e, em algumas regiões, até neve. Fenômenos que embelezam a natureza e atraem muitos turistas para o Estado, proporcionando um grande desenvolvimento na economia. Sobre esses fenômenos climáticos, pode-se afirmar que, na formação das geadas, há __________________ da água, enquanto que, no derretimento da neve, há _________________ da mesma. Assinale a alternativa que preenche, corretamente, as lacunas do enunciado acima. a) condensação – liquefação. b) fusão – solidificação. c) solidificação – condensação. d) solidificação – fusão. e) solidificação – liquefação. 03. (UFSC) Com a eleição de Donald Trump para a Presidência dos Estados Unidos, muitos cientistas mostraram-se preocupados com suas manifestações céticas quanto às causas do aquecimento global. Recentemente, os Estados Unidos saíram do chamado Acordo de Paris. Esse acordo, assinado por muitos países, prevê metas de redução na emissão de carbono e de outros poluentes na atmosfera. Estima-se que 7 bilhões de toneladas de carbono são lançadas na atmosfera devido às atividades humanas. Em relação ao carbono lançado na atmosfera, é correto afirmar que:

01. uma parte do carbono lançada na atmosfera é utilizada pela respiração de animais e vegetais. 02. estima-se que as florestas atualmente existentes sejam responsáveis pela fixação de 95% e os oceanos pelos outros 5% do carbono lançado na atmosfera pela atividade humana. 04. o aumento da quantidade de carbono na atmosfera atual tem sua origem exclusivamente na atividade da respiração celular de animais e vegetais. 08. os vegetais são importantes para a fixação do carbono atmosférico, pois em algumas de suas células os cloroplastos são capazes de utilizar o carbono na formação de açúcares. 16. nas células animais e vegetais, através de um processo químico realizado nas mitocôndrias, ocorre a transformação e a fixação do carbono para a formação de açúcares. 04. (UFAC) Através da reciclagem da matéria, os seres vivos estão em permanentes trocas com o ambiente. Nesse sentido, a morte de um organismo permite que a matéria orgânica, que compõe seu corpo, seja degradada, e os elementos químicos que a constituíam retornem ao ambiente. No que se refere às taxas de carbono e oxigênio, marque a alternativa que contém os dois processos responsáveis pela manutenção dessas taxas na atmosfera. a) Fotossíntese e respiração b) Fotossíntese e fecundação c) Respiração e calor d) Respiração e ciclo de Krebs e) Respiração e digestão 05. (UEM PR) Assinale o que for correto sobre o ciclo hidrológico e seu funcionamento para a dinâmica do Planeta. 01. O fenômeno evaporação, presente no ciclo hidrológico, é a passagem da água no estado físico líquido para o estado físico gasoso. Ele ocorre de forma lenta, na temperatura ambiente, e é um dos elementos responsáveis pela formação de nuvens. 02. O tempo de ocorrência das etapas do ciclo hidrológico pode variar devido aos tipos de rocha, de solo, de cobertura vegetal e de clima. 04. A evapotranspiração é menor em áreas florestadas do que em áreas recobertas por vegetação rasteira. 08. Uma parte da água que provém da atmosfera se infiltra no solo ou em rochas fraturadas e tem, entre outras, a função de alimentar os aquíferos. 16. Quando ocorre a precipitação no estado líquido, a água, ao se infiltrar no solo, dissolve novos componentes químicos, especialmente os sais.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

Estado gasoso

Plantas Herbivoro

Carnívoro

Combustão

Morte

Decomposição

Depósito subterrâneo

O esquema apresentado corresponde ao ciclo biogeoquímico do(a) a) água. b) fósforo. c) enxofre. d) carbono. e) nitrogênio. 02. (Escs DF) Alguns sistemas de água subterrânea não são renováveis nas condições climáticas atuais, uma vez que foram originados quando existiam climas muito mais úmidos, há cerca de 10 000 anos. No nordeste do Saara, existe a maior reserva de água subterrânea não reabastecida por outras fontes: o Aquífero do Arenito Núbio. Estima-se que esse aquífero contenha 150 000 km³ de água, o que corresponde, atualmente, a cerca de cem vezes o valor anual de consumo de água no mundo. Internet:<www.yearofplanetearth.org> (com adaptações).

Considerando o texto acima, julgue os itens a seguir. I. Os aquíferos são formações geológicas do subsolo que permitem a circulação e o armazenamento de água, sendo o aquífero do Arenito Núbio um exemplo de água fóssil. II. Os lençóis freáticos constituem um tipo de reservatório das águas subterrâneas que são afetadas pela vegetação do local onde se encontra. III. A água acumulada nos aquíferos se distribui de maneira homogênea nas diversas unidades geológicas do Globo, por isso, não integram o movimento do ciclo hidrológico. Estão certos os itens: a) I, II e III. b) I e II, apenas. c) I e III, apenas. d) II e III, apenas.

03. (Udesc SC) A água é o principal componente dos organismos vivos. A movimentação dela entre os seus diversos compartimentos é constituída de processos de transferência. Analise os processos de transferência. I. precipitação II. dissolução III. escoamento IV. eutrofização V. evaporação Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas II, III e V são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I, III e V são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I e V são verdadeiras. d) Somente as afirmativas II, III, IV e V são verdadeiras. e) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras. 04. (Fatec SP) A prospecção de petróleo, uma atividade de considerável importância para vários países, é auxiliada por conhecimentos paleontológicos, uma vez que o petróleo: a) resulta da decomposição parcial dos tecidos não esqueléticos de dinossauros, cujos esqueletos ficam próximos aos depósitos petrolíferos. b) pode se formar a partir do esqueleto de fósseis de coloração escura, cuja sedimentação depende parcialmente de ação vulcânica. c) fica aderido a rochas metamórficas, formadas por minérios e por animais que sofrem metamorfose, como anfíbios e insetos. d) pode ser mais facilmente encontrado próximo a camadas geológicas identificáveis por microfósseis. e) é um tipo de óleo biológico que foi secretado por determinados seres vivos em um passado remoto. 05. (UEPG PR) A biosfera é o conjunto de todos os ecossistemas do planeta. Em relação às subdivisões, características da biosfera e à evolução biológica, assinale as alternativas que estiverem corretas. 01. Epinociclo é o conjunto de ecossistemas de terra firme. 02. No epinociclo, o grande número de barreiras geográficas favorece o isolamento do fluxo gênico e a especiação alopátrica. 04. O talassociclo é o conjunto de ecossistemas de água salgada. 08. No limnociclo, entre os ecossistemas de águas salgadas em movimento, é comum uma extensa diversidade de fitoplâncton e zooplâncton. 16. De acordo com a sua capacidade de deslocamento, os organismos aquáticos podem ser divididos em plâncton, nécton e bentos.

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01. (Enem MEC) Os seres vivos mantêm constantes trocas de matéria com o ambiente mediante processos conhecidos como ciclos biogeoquímicos. O esquema representa um dos ciclos que ocorrem nos ecossistemas.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B15

ASSUNTOS ABORDADOS n Ciclos biogeoquímicos: nitrogênio

e fósforo

n Ciclo do nitrogênio n Ciclo do fósforo

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS: NITROGÊNIO E FÓSFORO Olhe para o céu! Você pode até não perceber, mas estará admirando milhões de moléculas de gás das quais a maioria é composta por dois átomos de nitrogênio unidos. O nitrogênio é encontrado em todo o Planeta e não apenas no céu. Assim como outros elementos químicos, ele se desloca entre o mundo vivo e não vivo e seu ciclo é um dos mais importantes fatores reguladores da vida na Terra. Uma vez que a população humana cresce rapidamente em tamanho e interfere no ambiente em que vive, é previsível que os ciclos biogeoquímicos sejam influenciados pela atividade antrópica. Mas de que maneira podemos influenciar no ciclo do nitrogênio? Examinaremos agora detalhes específicos das vias deste elemento químico no ecossistema.

Ciclo do nitrogênio Os átomos de nitrogênio são importantes para os seres vivos por participarem da constituição dos ácidos nucleicos e das proteínas. O gás nitrogênio (N2) representa 79% do volume do ar atmosférico, entretanto, o nitrogênio molecular, da maneira em que é encontrado na atmosfera, não pode ser assimilado pela maioria dos organismos. Sabe-se que descargas elétricas, em elevadas altitudes, são capazes de converter o gás nitrogênio (N2) em amônia (NH3): processo chamado de fixação química. Este processo, no entanto, envolve somente uma pequena fração do fluxo de nitrogênio nos ecossistemas. A fixação biológica de nitrogênio

Fonte: Wikimedia commons

A maior parte do nitrogênio molecular entra nas vias biológicas por meio da sua assimilação por microrganismos em um processo denominado biofixação do nitrogênio, ou seja, no citoplasma de procariontes, o N2 é convertido em NH3. Na natureza, poucas espécies de seres vivos são capazes de realizar esse processo e incorporar os átomos de nitrogênio em sua matéria orgânica. Alguns desses microrganismos possuem vida livre, como é o caso das cianobactérias e das bactérias do gênero Azotobacter.

Figura 01 - Cianobactérias e bactérias do gênero Azotobacter, respectivamente.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Fonte: Wikimedia commons

As bactérias do gênero Rhizobium vivem associadas às raízes de plantas leguminosas como a soja, o feijão, a ervilha e a alfafa. Esses microrganismos invadem o sistema radicular das leguminosas jovens, penetram através dos pelos absorventes e instalam-se no interior das células da raiz, onde se desenvolvem e passam a fixar o N2 atmosférico. Uma vez no mundo biológico, o nitrogênio segue por vias complexas, assumindo diversos estados de oxidação. No interior da raiz, os rizóbios induzem a multiplicação celular das células infectadas formando nódulos. Nestes nódulos, as células radiculares mantêm as bactérias em estruturas limitadas por membranas. A relação da planta com esses microrganismos é benéfica para ambos. Graças a essa associação, a planta recebe NH3 necessários à síntese de aminoácidos e bases nitrogenadas, promovendo seu desenvolvimento e oferece aos simbiontes, parte da glicose produzida pela atividade fotossintética. Note que as bactérias Rhizobium convertem N2 em NH3. Esse composto é aproveitável pelas plantas da família das leguminosas. Em certos locais em que os solos são pobres em compostos nitrogenados, a associação com as bactérias Rhizobium e a consequente fixação de nitrogênio assumem grande importância, permitindo à planta não só sobreviver nesses ambientes, mas dominar a paisagem. Ao morrerem, pela ação dos decompositores, as leguminosas liberam amônia (NH3) para o solo fertilizando-o. O processo de decomposição através do qual os compostos nitrogenados são transformados em amônia recebe o nome de amonização.

Figura 02 - Fotografia de nódulos radiculares de uma planta. Esses nódulos abrigam os microorganismos simbiônticos fixadores de nitrogênio.

Nitrificação Apesar de algumas plantas (leguminosas) conseguirem utilizar a amônia (NH3) em seus processos vitais, a forma mais acessível de absorção pelos vegetais é o nitrato (NO3–). Esse é o mineral mais requisitado pelas algas e plantas no meio aquático e terrestre, respectivamente. O processo de formação dos nitratos a partir da amônia recebe o nome de nitrificação e é executado por bactérias especializadas, denominadas nitrificantes e esse processo ocorre em duas etapas: nitrosação e nitratação. Observe a equação referente à nitrosação 2 NH3 + 3 O2 → 2 NO2– + 2 H2O + 2 H+

Fonte: Wikimedia commons

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As bactérias quimiossintetizantes do gênero Nitrosomonas (presentes no solo) e Nitrosococcus (presentes nos sistemas marinhos) oxidam a amônia, produzindo nitrito (NO2–) e utilizam a energia liberada na forma de elétrons excitados para sintetizar seus compostos orgânicos (glicose). A conversão de amônia em nitrito recebe o nome, especificamente, de nitrosação. O nitrito é tóxico para as plantas e não permanece livre na natureza por muito tempo, sendo absorvido e utilizado por outras bactérias quimiossintetizantes. Nessa nova etapa, nomeada nitratação, por meio de oxidação do nitrito, bactérias obtêm energia para construção de glicose ao mesmo tempo em que geram o nitrato (NO3–).

Figura 03 - Bactérias do gênero Nitrosomonas e Nitrosococcus, respectivamente. Coloração artificial.

Biologia

Observe a equação referente à segunda etapa do processo 2NO2– + O2 → 2NO3– Bactérias do gênero Nitrobacter oxidam os nitritos que se transformam em nitratos (NO3–). Os nitratos dissolvem-se em água e são assimilados pelos produtores, que incorporam o nitrogênio em sua matéria orgânica (proteínas e ácidos nucleicos). Os consumidores primários alimentam-se de vegetais adquirindo, assim, o nitrogênio de que necessitam na forma de moléculas de proteínas e ácidos nucleicos desses últimos. Por meio de suas relações alimentares, os animais transferem o nitrogênio na forma de proteínas e ácidos nucleicos de um nível trófico a outro e, através da excreção, eliminam compostos nitrogenados no ambiente. Quando plantas e animais morrem, a ação dos decompositores promove a degradação da matéria e o nitrogênio presente nas moléculas orgânicas retorna ao solo na forma de amônia e nitrato. Desnitrificação Uma avaliação em escala global permite a constatação de que a fixação de nitrogênio se equipara, aproximadamente, à produção de N2 por desnitrificação. Isso porque bactérias como a Pseudomonas denitrificans, por exemplo, convertem os compostos nitrogenados do solo em N2 que retorna à atmosfera. Essa conversão ocorre naturalmente durante o processo de respiração anaeróbica dessa espécie de bactéria. Observe a equação referente à respiração anaeróbica da Pseudomonas denitrificans: C6H12O6+ 4 NO3– + 30 ADP + 30Pi → 6CO2 + 2N2 + 6H2O + 30 ATP Ciclo do Nitrogênio

N2 atmosférico

Fixação do nitrogênio atmosférico

Desnitrificação

Assimilação pelos herbívoros

Absorção pelas raízes

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Excreção

Morte e decomposição

NO−2 (nitrato) Bactérias fixadoras de N2 nos nódulos de raízes de leguminosas

Nitrobacter

Decompositores NO−2 (amônia)

Bactérias fixadoras de N2 no solo

Nitrosomonas

Figura 04 - Ilustração esquemática do ciclo do nitrogênio na natureza.

NO−2 (nitrito) Nitrificação

Bactérias desnitrificantes

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

O ciclo do nitrogênio e a agricultura

A agricultura é uma atividade que possui grande impacto no ciclo do nitrogênio, nutriente essencial às plantas e que é, gradualmente, removido do solo durante as colheitas. Os agricultores interferem, então, aplicando fertilizantes sintéticos a fim de se obter maior produtividade. Existem, entretanto, outras maneiras de aumentar o nitrogênio fixado no solo. Sabe-se que o cultivo de leguminosas, com seus simbiontes fixadores de nitrogênio, enriquecem o solo. Para aproveitarmos deste fato, recomenda-se a alternância do cultivo de leguminosas com outras plantas em um mesmo terreno, processo conhecido como rotação de culturas ou, especificamente, a adubação verde. Na adubação verde, procedimento alinhado com a agricultura sustentável, a intenção é incrementar o ciclo do nitrogênio e recuperar o nitrato do solo. Uma leguminosa, sem valor comercial, com ciclo de vida curto, é plantada na área agrícola após a colheita da variedade comercial. Depois da floração e produção de frutos essa leguminosa é arrancada e misturada à terra, ocorrendo a decomposição desses vegetais. Inicialmente, a biofixação vai ser potencializada, depois a nitrosação e, por fim, a nitratação. Com a decomposição da variedade usada na adubação verde mais amônia e nitrato serão acrescidos a terra. Outra opção é o chamado plantio consorciado, técnica que consiste em cultivar uma planta leguminosa e uma não leguminosa ao mesmo tempo e no mesmo local, amenizando o desgaste do solo. A adubação natural promovida pelas leguminosas economiza gastos com adubos químicos, constituindo um bom exemplo de como o conhecimento de certos fenômenos ecológicos podem contribuir para a preservação do meio ambiente. Figura 05 - Plantio consorciado de mamona com feijão (leguminosa). Além de reduzir o nascimento espontâneo de ervas, o consórcio de culturas recicla os nutrientes do solo aumentando sua fertilidade.

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Fonte: Wikimedia commons

Os ciclos biogeoquímicos são fortemente influenciados pela atividade humana e essa alteração é tão expressiva que não podemos mais compreender a via de alguns elementos químicos sem levá-los em consideração.

Biologia

SAIBA MAIS O FENÔMENO DA EUTROFIZAÇÃO

Figura 07 - Derramamento de óleo bruto nos mares impactando na biodiversidade marinha.

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Fonte: Wikimedia commons

Teores de Nitrato Fosfato, Clorofila, O2

A aplicação abusiva de adubos sintéticos (nitratos e fosfatos) em solos agrícolas pode, além de esterilizar o solo, eutroficar (ou eutrofizar) as águas em áreas rurais. Quando nitratos e fosfatos são lixiviados e descarregados nos rios e lagos, promovem um crescimento explosivo da população de produtores (fitoplâncton) do ecossistema incrementando a produtividade primária. Porém, as cianobactérias e algas produzem toxinas que tornam a água imprópria para o consumo humano. A grande massa de algas que se forma pigmenta a água e reduz a penetração de luz. Isso impossibilita a fotossíntese nas camadas um pouco mais profundas e ocorre mortandade desses produtores. Assim, a ação dos decompositores aeróbicos aumenta levando ao esgotamento do oxigênio e morte dos peixes e de animais invertebrados aquáticos. A massa de cadáveres aumenta (matéria orgânica) e se deposita no fundo do lago ou rio. Os decompositores anaeróbicos, agora, são favorecidos. Sua população cresce. A fermentação, porém, é um processo parcial de consumo de matéria orgânica. Os depósitos armazenados no fundo nunca são consumidos. A água, agora, contém muita matéria orgânica e nível extremamente baixo de O2 dissolvido. Essa água é tecnicamente eutrofizada. O esgoto doméstico, rico em matéria orgânica, despejado nos lagos, represas e rios, também leva à eutrofização das águas urbanas. A atividade decompositora aeróbica sobre esse material esgota o O2 dissolvido sem consumir toda a matéria orgânica. A população de decompositores fermentadores substitui os decompositores aeróbicos. O esgoto sanitário se acumula e decanta dentro do manancial e ainda contamina essas águas com cistos de protozoários, ovos de vermes, bactérias e vírus, acarretando a propagação de doenças. Além dos fertilizantes sintéticos e esgoto doméstico, existem outras fontes de matéria orgânica poluidoras das águas. São os resíduos de usinas açucareiras (vinhoto), matadouros, indústria de papel, serrarias e o derramamento de óleo bruto dos cargueiros ou de acidentes em plataformas de exploração de petróleo. O óleo bruto derramado forma uma película física que dificulta as trocas gasosas além de reduzir a penetração de luz e comprometer a atividade fotossintética do fitoplâncton. Os peixes têm dificuldades respiratórias e ainda sofrem efeito narcotizante do petróleo. As aves têm suas penas impregnadas pelo óleo bruto e costumam ficar presas às manchas sobre o oceano. Para evitar a eutrofização, é preciso fazer a captação e tratamento do esgoto e fiscalizar os despejos clandestinos. Um rio pode se autodepurar quando percorre um relevo acidentado com quedas d´água e corredeiras. Há uma mistura de ar com a água que é o princípio básico para restaurar a qualidade da água. O gás oxigênio promove, por atividade microbiana aeróbica, o consumo da matéria orgânica armazenada. A DBO (demanda bioquímica de oxigênio) é uma medida de referência para avaliar a qualidade da água. Águas eutrofizadas apresentam Anos de Estudo Processo de eutrofização elevada DBO. A quantidade de O² necessária para consumir toda a matéria orgânica ali presente é grande. Em águas oligotróficas, a DBO é baixa. Observe no gráfico ao lado os teores Nitrato Fosfato Clorofila O2 de nitrato, fosfato, clorofila (fitoplâncton) e gás oxigênio observados durante alguns anos de Figura 06 - Parâmetros de avaliação de qualidade da água. monitoramento de um rio.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Ciclo do fósforo O fósforo representa um importante componente dos ácidos nucleicos, das membranas celulares e das moléculas de ATP. Apesar de sua demanda pelos seres vivos ser, comparativamente, menor do que a de átomos de nitrogênio, sua transferência através do ecossistema é essencial à manutenção da vida. As plantas assimilam os íons fosfato (PO4−3), presentes no solo e na água, enquanto os animais obtêm-no a partir do alimento e da água ingerida. Como o fósforo comumente não forma compostos gasosos, seu ciclo não passa pela atmosfera, restringindo-se ao solo, aos compartimentos aquáticos do ecossistema e aos seres vivos. Quando os organismos morrem, a ação dos decompositores promove a degradação da matéria orgânica, permitindo que os átomos de fósforo retornem ao solo ou à água e possam ser novamente assimilados. Um caminho alternativo para esse elemento químico é a sua incorporação pelas rochas. Nesse caso, o ciclo envolverá mais tempo até que essa rocha seja intemperizada e os íons fosfato tornem-se disponíveis novamente aos seres vivos.

Figura 08 - Ilustração esquemática do ciclo do fósforo na natureza.

Os animais obtêm fosfatos por meio da água e dos alimentos.

A decomposição da matéria orgânica é capaz de devolver o fósfaro ao solo ou à água. Absorvem o PO43− do solo As plantas absorvem fosfatos dissolvidos no solo e na água para sobreviver. eviver eviver.

Quando o fósfaro chega nesse estado, o processo de retorno ao ecossistema é tardio.

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Quando as rochas sofrem processos erosivos ou intemperismo, o fósfaro volta ao solo e é u lizado pelas plantas.

PO43− dissolvido na água.

Parte desse fósforo aproveitado da matéria orgânica é levado pelas chuvas para rios/lagos/mares e acaba se aderindo às rochas.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (Enem MEC) A modernização da agricultura, também conhecida como Revolução Verde, ficou marcada pela expansão da agricultura nacional. No entanto, trouxe consequências como o empobrecimento do solo, o aumento da erosão e dos custos de produção, entre outras. Atualmente, a preocupação com a agricultura sustentável tem suscitado práticas como a adubação verde, que consiste na incorporação ao solo de fitomassa de espécies vegetais distintas, sendo as mais difundidas as leguminosas. ANUNCIAÇÃO, G. C. F. Disponível em: www.muz.ifsuldeminas.edu.br. Acesso em: 20 dez. 2012 (adaptado).

A utilização de leguminosas nessa prática de cultivo visa reduzir a a) utilização de agrotóxicos. b) atividade biológica do solo. c) necessidade do uso de fertilizantes. d) decomposição da matéria orgânica. e) capacidade de armazenamento de água no solo.

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02. (Unipê PB) O nitrogênio é o elemento mineral que mais frequentemente limita o crescimento e o desenvolvimento dos vegetais, mesmo em atmosfera com um teor muito elevado de N2. A partir da participação, incorporação e características do nitrogênio no mundo vivo e com os conhecimentos a respeito da dinâmica que ocorre com o nitrogênio nos ecossistema, é correto afirmar. 01. No processo de nitrosação e nitratação, há a participação de bactérias quimioautótrofas. 02. A fixação do nitrogênio atmosférico é limitada à ação de bactérias do gênero Rhizobium. 03. No ciclo do nitrogênio, a desnitrificação ocorre por ação de bactérias do gênero Pseudomona que liberam o nitrato para o meio. 04. O nitrato absorvido pelos vegetais é fonte de elemento prescindível para a formação de aminoácidos e bases nitrogenadas. 05. A interação entre bactérias do gênero Rhizobium e as leguminosas é benéfica apenas para uma das espécies. 03. (Unicamp SP) O nitrogênio é um elemento essencial para as plantas, podendo ser obtido do solo ou da atmosfera. No último caso, verifica-se a associação entre plantas e bactérias, que irão captar moléculas de nitrogênio e convertê-las em compostos nitrogenados usados na nutrição das plantas. Em contrapartida, as bactérias se aproveitam dos produtos oriundos da fotossíntese realizada pelas plantas. Essa associação é denominada a) mutualismo. O texto se refere a bactérias do gênero Rhizobium, que produzem amônia. b) comensalismo. O texto se refere a bactérias do gênero Rhizobium, que produzem amônio.

c) mutualismo. O texto se refere a bactérias do gênero Nitrosomona, que produzem proteínas. d) comensalismo. O texto se refere a bactérias do gênero Nitrosomona, que produzem proteínas. 04. (IFSP) O nitrogênio é um dos elementos mais importantes na natureza e o seu ciclo é um dos mais complexos e, juntamente com o carbono, forma uma série de moléculas importantes para todos os tipos de células de todos os seres vivos. No meio ambiente, encontra-se o nitrogênio na forma de nitratos, amônia, óxidos e, na forma mais abundante, molecular. Dentro de uma célula, o nitrogênio formará a) ácidos nucleicos (DNA e RNA), proteínas e ATP, por exemplo. b) ácidos nucleicos (DNA e RNA), carboidratos e enzimas, por exemplo. c) proteínas, carboidratos e lipídios, por exemplo. d) proteínas, enzimas e hormônios, por exemplo. e) ácidos nucleicos (DNA), proteínas e carboidratos, por exemplo. 05. (Unifor CE) As plantas de forma geral conseguem seus nutrientes pelas raízes (água e minerais) e também da fotossíntese (glicose). Entretanto, existe uma grande diversidade de plantas que acabam consumindo nutrientes de forma diferente que esperamos quando falamos sobre o reino vegetal. Estas plantas diferentes podem consumir desde pequenos insetos como animais maiores: pequenos anfíbios, répteis, aves e até mamíferos. Tais plantas capturam estes animais, pois vivem em solos pobres em nitrogênio. Fonte: https://www.biologiatotal.com.br/blog/plantas+carnivoras+fazem+fotossintese-50.htmlAcesso em 17 jun. 2016. (com adaptações)

Considerando o texto acima, os compostos que mais podem interessar a uma planta ao alimentar-se de animais são a) Frutose e proteínas. d) Proteínas. b) Lipídios. e) Vitaminas e lipídios. c) Sais minerais. 06. (UEM PR) Sobre os ciclos biogequímicos, assinale o que for correto. 01. Bactérias do gênero Rhizobium são importantes para o ciclo do nitrogênio, uma vez que participam do processo de nitrificação. 02. O fósforo é absorvido pelas plantas e animais na forma de íon fosfato. 04. O carbono é incorporado nos seres vivos a partir da fotossíntese e da quimiossíntese, sendo transferido por meio da cadeia alimentar para os consumidores e os decompositores. 08. O ciclo da água está relacionado com processos que ocorrem na litosfera, na atmosfera e na biosfera. 16. O principal reservatório de O2 para os seres vivos é a estratosfera, onde esse gás se encontra na forma de O3.

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Exercícios Complementares

02. (UCB DF) No ciclo do nitrogênio, ocorre a atuação de bactérias fixadoras desse elemento. Em relação a esse ciclo biogeoquímico, assinale a alternativa correta. a) A amônia não constitui forma de nitrogênio assimilável pelas plantas. b) As bactérias do gênero Nitrobacter têm o respectivo papel durante a nitrificação, processo no qual ocorre a oxidação do nitrito (NO2–). c) O nitrogênio é o elemento de menor abundância na atmosfera terrestre, demonstrando a importante atuação de bactérias fixadoras. d) A transformação do nitrito em nitrato é chamada de nitrificação. e) A fixação do nitrogênio atmosférico é realizada pelos animais. 03. (UEM PR)O nitrato de amônio é um importante fertilizante nitrogenado, obtido industrialmente pela reação a seguir NH3(g) + HNO3(g) → NH4NO3(aq)

∆H = −20,6 Kcal/mol

Sobre o nitrato de amônio e o impacto do uso excessivo de fertilizantes no meio ambiente, assinale o que for correto. 01. Quando comparado ao sulfato de amônio, o nitrato de amônio fornece duas vezes mais nitrogênio para as plantas. 02. A reação de obtenção do nitrato de amônio é exotérmica, pois a entalpia do produto é menor que a entalpia dos reagentes. 04. O aumento da quantidade de nutrientes na água leva à multiplicação de bactérias aeróbicas, que consomem o oxigênio dissolvido, causando a morte de peixes.

08. O uso excessivo de fertilizantes nitrogenados é uma das principais causas da chuva ácida. 16. Microrganismos presentes no solo transformam o excesso de nitrato em nitrogênio gasoso. 04. (PUC RS) Sobre o Ciclo de Nitrogênio, NÃO se pode afirmar que a) a atmosfera da Terra tem em sua composição aproximadamente 78% de nitrogênio, porém as plantas não são capazes de utilizar o nitrogênio em sua forma gasosa livre. b) o nitrogênio é o nutriente mineral mais limitante para o crescimento vegetal, por ser necessário em grandes quantidades na composição de proteínas e ácidos nucleicos. c) a fixação do N2 atmosférico é a única fonte de nitrogênio para as bactérias de solo. d) a planta, apesar de não conseguir absorver o N2 atmosférico, é capaz de absorver o amônio e o nitrato formados pelas bactérias presentes no solo. e) parte do nitrogênio é perdido no solo quando bactérias desnitrificantes convertem o nitrato em N2, o qual se difunde para a atmosfera. 05. (Enem MEC) Um produtor rural registrou queda de produtividade numa das áreas de plantio de arroz de sua propriedade. Análises químicas revelaram concentrações elevadas do íon amônio (NH4+) e baixas dos íons nitrito (NO2–) e nitrato (NO3–) no solo. Esses compostos nitrogenados são necessários para o crescimento dos vegetais e participam do ciclo biogeoquímico do nitrogênio. Em qual etapa desse ciclo biogeoquímico são formados os compostos que estão em baixa concentração nesse solo? a) Nitrificação. b) Assimilação. c) Amonização. d) Desnitrificação. e) Fixação de nitrogênio. 06. (PUC MG) A biogeoquímica é a ciência que estuda a troca de materiais entre os componentes bióticos e abióticos dos ecossistemas. Sobre os ciclos biogeoquímicos, marque a afirmativa INCORRETA. a) Plantas e animais participam do ciclo do oxigênio, nitrogênio e água. b) Há quatro tipos diferentes de bactérias que participam do ciclo do nitrogênio. c) Organismos procariontes fotossintetizantes não participam do ciclo do nitrogênio. d) Organismos decompositores participam do ciclo do nitrogênio e do gás carbônico.

B15  Ciclos biogeoquímicas: nitrogênio e fósforo

01. (Fuvest SP) Analise as três afirmações seguintes sobre ciclos biogeoquímicos. I. A respiração dos seres vivos e a queima de combustíveis fósseis e de vegetação restituem carbono à atmosfera. II. Diferentes tipos de bactérias participam da ciclagem do nitrogênio: as fixadoras, que transformam o gás nitrogênio em amônia, as nitrificantes, que produzem nitrito e nitrato, e as desnitrificantes, que devolvem o nitrogênio gasoso à atmosfera. III. Pelo processo da transpiração, as plantas bombeiam, continuamente, água do solo para a atmosfera, e esse vapor de água se condensa e contribui para a formação de nuvens, voltando à terra como chuva. Está correto o que se afirma em a) I, apenas. b) I e II, apenas. c) II e III, apenas. d) III, apenas. e) I, II e III.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B16

ASSUNTOS ABORDADOS n Sucessão ecológica n Espécies pioneiras n Estágios de uma sucessão ecológica n Tipos de sucessões ecológicas

SUCESSÃO ECOLÓGICA Em 18 de maio de 1980, um terremoto de magnitude 5,1 na escala Richter sacudiu o Monte Santa Helena. Localizado a sudoeste do estado norte-americano de Washington, o Mount St. Helens (nome em inglês) é um vulcão ativo que, após 123 anos de silêncio, irrompeu em cinzas que se elevaram a 20 km acima do nível do mar, liberando para a atmosfera gases a alta pressão. A explosão foi seguida de uma enorme avalanche que lançou rochas ao céu e abriu um rio de lava, queimando e destruindo mais de 200 km2 de floresta e matando 57 pessoas. Toda a vida ao seu redor foi apagada.

Figura 01 - Mount St. Helens nos dias de hoje. Paisagem diferente da encontrada imediatamente após a catástrofe.

A sucessão ecológica é o processo gradual por meio do qual as comunidades se desenvolvem e se substituem ao longo do tempo. Durante a colonização de um determinado habitat, os organismos vão modificando as condições ambientais particulares do local (microclima), possibilitando a chegada de novas espécies até que um estágio de relativa estabilidade e equilíbrio seja atingido.

Fonte: Wikimedia commons

Uma vez que os efeitos catastróficos da enorme erupção desvaneceram, o processo de renovação começou e, atualmente (cerca de 30 anos depois) a montanha, que se recupera de maneira impressionante, ainda está no centro das atenções. A vegetação continuará sofrendo transformações por vários anos. Muitos animais ainda se estabelecerão na floresta que se refaz e, enquanto isso, o Mount St. Helens poderá continuar sendo um imenso laboratório a céu aberto para os ecólogos.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Espécies pioneiras

Fonte: Wikimedia commons

A trajetória e a velocidade das transformações às quais as comunidades em sucessão são submetidas dependem, entre outros fatores, da disponibilidade de espécies pioneiras e das condições climáticas. As espécies pioneiras são aquelas que, por serem menos exigentes (em relação à quantidade e tipo de recursos disponíveis), conseguem se instalar em lugares aparentemente inóspitos, propiciando condições de sobrevivência às comunidades que a sucedem. Muitas vezes microrganismos, como cianobactérias e algas, são os primeiros a aparecerem. As cianobactérias e algas, como seres fotossintetizantes, têm autonomia nutricional e geram biomassa. Além disso, as cianobactérias são fixadoras de nitrogênio. Essas características qualificam esses organismos como pioneiros em ambientes inóspitos. Na sequência, colonizam o ambiente os liquens e musgos, que crescem a partir de esporos trazidos pelo vento e promovem a colonização do local. Em ambientes terrestres, que sofreram sucessão ecológica secundária, a comunidade pioneira é, normalmente, constituída por gramíneas.

Figura 02 - Rocha colonizada por liquens e musgos, pioneiros nas sucessões terrestres.

Estágios de uma sucessão ecológica

B16  Sucessão ecológica

A criação de novos habitats, como por exemplo, um campo lavrado, uma duna na margem de um lago, uma clareira criada por deslizamento ou até mesmo uma área recém-coberta por lava faz com que novas espécies se estabeleçam. Numa primeira fase, conhecida como ecese, o solo se desenvolve gradualmente à medida que ocorre a ocupação pelas espécies pioneiras. Esse tipo de comunidade cria condições no ambiente para o estabelecimento de novas espécies e para o aparecimento das comunidades mais exigentes. Espécies pioneiras são seres menos exigentes e que possuem grande capacidade de adaptação ao meio. Os liquens produzem ácidos orgânicos e são capazes de alterar a composição das rochas, favorecendo sua fragmentação. Na presença do solo rudimentar recém-formado, brotam musgos que, por sua vez, permitem o aparecimento de espécies maiores, como as de gramíneas. Numa segunda etapa, as comunidades irão se instalar uma após a outra, promovendo modificações físicas na estrutura do habitat. Nessa etapa, denominada sere ou série, observa-se a presença de comunidades intermediárias marcadas por uma vegetação de porte herbáceo e arbustivo. As novas plantas oferecem condições para chegada de diferentes espécies animais e o ambiente passa por intensas transformações. 77

Biologia

A sucessão ocorrerá até que a comunidade se torne razoavelmente estável e muito complexa. Quando uma comunidade atinge esse ponto, passamos a chamá-la de comunidade clímax, a última etapa de uma sucessão ecológica. Esse tipo de comunidade está em equilíbrio com fatores bióticos e abióticos, clima e tipo de solo. Isso lhe confere alta estabilidade e, por essa razão, consegue sobreviver às flutuações das condições abióticas que possam aparecer ao longo do tempo. Ao longo da sucessão, uma série de tendências é observada até que se atinja a comunidade clímax, sendo a principal delas a complexidade da cadeia alimentar. Comunidades mais simples possuem poucas opções alimentares e, portanto, são mais instáveis. Com o aumento do desenvolvimento de um ecossistema, mais cadeias vão surgindo e uma teia alimentar forma-se. Assim sendo, em ecossistemas maduros, observa-se uma maior diversidade de espécies, além de seres vivos com ciclo de vida longo e mais complexo. Além da complexidade da cadeia alimentar, outros eventos podem ser observados durante a sucessão, tais como: n

Aumento da biomassa total: o aumento da diversidade biológica de uma comunidade em sucessão leva ao aumento da biomassa (quantidade de massa da matéria orgânica presente em um ser vivo ou em um conjunto de seres vivos) e, à medida que as novas comunidades se sucedem, ocorrem modificações no microclima. Estabilização da produtividade primária bruta: a produtividade bruta (total de matéria orgânica produzida) em comunidades clímax é grande, sendo maior do que as das comunidades antecessoras. Equilíbrio entre a fotossíntese e a respiração: à medida que a diversidade e quantidade de plantas, em uma comunidade, aumenta, há o aumento também da taxa de fotossíntese. Entretanto, com o aumento da biomassa vegetal e animal, a taxa respiratória também aumenta. À medida que uma comunidade se torna mais complexa, as taxas fotossintéticas e de respiração ficam equilibradas, não havendo saldo energético: elas consomem, na respiração, aquilo que produzem, na fotossíntese. Diminuição da produtividade líquida: a produtividade líquida é próxima a zero, pois toda a matéria orgânica que é produzida é consumida pela própria comunidade. Por isso uma comunidade clímax é estável, ou seja, não está mais em expansão. Em comunidades pioneiras e nas seres, ocorre um excedente de matéria orgânica (produtividade líquida) que é exatamente utilizada para a evolução do processo de sucessão ecológica. Aumento da velocidade de reciclagem dos nutrientes: a colonização de um ambiente por espécies pioneiras vegetais, por exemplo, promove no solo variações de temperatura menos bruscas, aumento da matéria orgânica (resultante da perda de folhas, frutos e até morte destes organismos) e maior retenção de água. Essas novas condições físicas (abióticas) e bióticas favorecem, ainda mais a disponibilidade de nutrientes orgânicos no solo, e sua reciclagem por meio da atividade de compositora e, o estabelecimento de espécies vegetais de maior porte, que aumentam progressivamente a disponibilidade de nichos e a quantidade de outras espécies.

B16  Sucessão ecológica

Características de uma comunidade ecese A ecese corresponde à comunidade pioneira que se estabelece em um determinado local, no qual até então, não havia seres vivos. É formada, basicamente, por espécies colonizadoras (ou pioneiras), esse tipo de comunidade cria condições no ambiente para o estabelecimento de novas espécies e para o aparecimento das comunidades. Espécies pioneiras são seres menos exigentes e que possuem grande capacidade de adaptação ao meio. 78

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Características de uma comunidade série As séries são representadas pelas comunidades intermediárias. À medida que o ambiente vai se modificando com a ação dos organismos pioneiros, novas populações conseguem se desenvolver no local. Dessa forma, o número de populações vai aumentando e a comunidade vai se tornando mais complexa. Características de uma comunidade clímax A comunidade clímax surge no final do processo de sucessão ecológica. Esse tipo de comunidade está em equilíbrio com fatores bióticos e abióticos, clima e tipo de solo. Isso lhe confere alta estabilidade, e por essa razão, consegue sobreviver às flutuações das condições abióticas que possam aparecer ao longo do tempo. Tendências ao longo do processo de sucessão Ao observar o processo de sucessão ecológica, podemos identificar um progressivo aumento na biodiversidade e espécies e na biomassa total. As teias e cadeias alimentares se tornam cada vez mais complexas e ocorre a constante formação de novos nichos. A estabilidade de uma comunidade clímax está em grande parte associada ao aumento da variedade de espécies e da complexidade das relações alimentares. Isso ocorre porque ao possuir uma teia alimentar complexa e multidirecional, torna-se mais fácil contornar a instabilidade ocasionada pelo desaparecimento de uma determinada espécie. Comunidades mais simples possuem poucas opções alimentares. Apesar da biomassa total e da biodiversidade serem maiores na comunidade clímax, temos algumas diferenças em relação à produtividade bruta. A produtividade bruta (total de matéria orgânica produzida) em comunidades clímax é grande, maior do que as das comunidades antecessoras. Entretanto a produtividade líquida é próxima a zero, pois toda a matéria orgânica que é produzida é consumida pela própria comunidade na atividade respiratória. Por isso uma comunidade clímax é estável, ou seja, não está mais em expansão. Em comunidades pioneiras e nos seres, ocorre um excedente de matéria orgânica (produtividade líquida), já que a taxa respiratória é relativamente baixa. Esse excedente é utilizado para a evolução do processo de sucessão ecológica. No estágio final do processo de sucessão ecológica, há o estabelecimento de uma autossustentabilidade na comunidade e dependendo da latitude, altitude, continentalidade, regime de chuvas, temperaturas médias e fatores edáficos, essa comunidade clímax poderá ser uma floresta tropical, ou um campo savânico ou até mesmo uma pradaria.

Produção primária bruta Produção primária líquida B16  Sucessão ecológica

Respiração Biomassa 0

Ano Figura 03 - Variação dos principais parâmetros ao longo do processo de sucessão ecológica.

Biologia

SAIBA MAIS

B16  Sucessão ecológica

FLORESTA AMAZÔNICA: UMA COMUNIDADE CLÍMAX Descobertas científicas demonstram que a floresta amazônica se encontra em estado de “clímax ecológico”: toda a biomassa (o conjunto de matéria viva da região) acaba sendo utilizada por outros organismos para seu metabolismo. É verdade que a floresta produz uma imensa quantidade de oxigênio mediante a fotossíntese durante o dia. Porém, as plantas superiores e outros organismos associados vivendo nessa mesma floresta respiram 24 horas por dia, ou seja, o oxigênio que a floresta produz acaba sendo utilizado na respiração dela mesma. É importante salientar que a floresta Amazônica constitui um enorme reservatório de carbono e, quando queimada, produz dióxido de carbono, aumentando assim o “efeito estufa”. A Amazônia não é o “pulmão do mundo” no sentido comum do termo. Apesar de haver muitas provas de que a Amazônia não exerce esse papel, é consenso entre os pesquisadores que as extensas áreas de floresta do Norte do Brasil têm grande influência no clima do Planeta. Mesmo não sendo o tal pulmão, a Amazônia ainda seria um órgão vital do mundo. Além disso, cortada a vegetação nativa, a fina camada de húmus (matéria orgânica em decomposição) pode garantir o renascimento rápido de uma vegetação natural de novo porte, formada por embaúbas e arbustos; nesse processo de sucessão ecológica secundária, que se estabelece em substituição à densa floresta equatorial, há uma tendência inicial ao estabelecimento de uma savana (savanização). Além disso, as chuvas quase contínuas da Amazônia atingirão diretamente os solos, “lavando” seus nutrientes e desagregando os sedimentos, que serão transportados para depressões e rios, entulhando-os. Pouco a pouco, o solo ficará nu e cada vez mais arenoso. Nessas condições, em uma perspectiva mais longa e impactante, a degradação e o empobrecimento do solo da região, tende a uma desertificação, em substituição à savana.

Exemplo de sucessão ecológica primária em rocha nua A rocha nua e lisa, sem cobertura de solo é um ambiente hostil ao estabelecimento das comunidades vivas. Aquece muito durante o dia e perde todo o calor à noite. Não retém umidade, pois não está recoberta por nenhuma película de solo que atenue esses fatores climáticos. Essas condições microclimáticas são adversas, porém, os liquens, altamente resistentes, se estabelecem como comunidade pioneira nesse ambiente. Nessa associação mutualística, as algas ou as cianobactérias garantem a nutrição das hifas dos fungos. Em troca, as hifas condicionam umidade e sais minerais a esses autotróficos. No metabolismo natural dos liquens, um ácido orgânico é liberado sobre a superfície da rocha produzindo uma porosidade. A ação corrosiva do ácido liberado sobre a rocha lisa inicialmente contribui para o acúmulo de água, areia, lama e pequenos fragmentos orgânicos trazidos pelos processos erosivos. É uma película de solo que, inicialmente, recobre a superfície. Essa atuação dos liquens modificou o meio físico da rocha e nova condição abiótica foi estabelecida. Poucos centímetros de profundidade desse solo frágil são suficientes para a germinação de esporos dos musgos dispersos, por exemplo, pelo vento. Assim, os liquens são substituídos pelo musgo. Inicia-se o estabelecimento das comunidades intermediárias - séries. Pequenos invertebrados colonizam essa cobertura verde e curtas cadeias alimentares se estabelecem. Na sequência, o solo aumenta sua profundidade à medida que detritos orgânicos, terra, areia e água são depositados sobre os musgos por arrastos naturais como os produzidos por enxurradas. As sementes de gramíneas facilmente dispersadas germinam e crescem, substituindo os musgos. A fauna se amplia. Com mais recursos alimentares, pequenos vertebrados como roedores e lagartos são atraídos. O aumento gradativo da profundidade do solo acolhe sementes de arbustos e na sequência também árvores crescem nesse ambiente. Aves constroem seus ninhos e encontram oferta de alimentos. A flora atrai e amplia a fauna. Uma paisagem mais complexa, com maior biodiversidade substitui uma paisagem mais simples. Teias alimentares se estabelecem em lugar das curtas cadeias alimentares. É o processo de amadurecimento da paisagem em direção à comunidade clímax.

Ecese

Sere

Clímax

Figura 04 - Sucessão ecológica em ambiente terrestre. As espécies pioneiras são sucedidas por gramíneas, arbustos e, finalmente, árvores. Esse tipo de sucessão costuma levar pelo menos 120 anos de ecese até a comunidade clímax.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Tipos de sucessões ecológicas Quanto à natureza do substrato na origem do processo, as sucessões ecológicas podem ser classificadas em primárias e secundárias. Sucessão ecológica primária

Fonte: Wikimedia commons

As sucessões primárias são aquelas que se iniciam em áreas nunca antes habitadas. O solo ainda não está formado e as condições apresentam-se desfavoráveis à existência de seres vivos. Dunas de areia, leitos de lava, rochas expostas pela erosão ou por recuo se constituem nos principais exemplos.

Figura 05 - Vegetação crescendo em fenda formada na lava solidificada (Vulcão Pacaya, Guatemala).

A sucessão secundária ocorre quando uma comunidade é eliminada por alguma perturbação, permitindo que novos organismos se restabeleçam no local. Nesse tipo de sucessão, o solo já está formado e as condições apresentam-se mais favoráveis ao processo de colonização e tem estágios mais curtos, atingindo mais rapidamente o estágio clímax. São os casos de áreas florestais queimadas ou terrenos desmatados. Frequentemente, a comunidade pioneira em um processo de sucessão ecológica secundária, em ambiente terrestre, é a gramínea. Essa variedade vegetal produz grande quantidade de sementes pequenas e leves, facilmente transportadas pelo vento.

Figura 06 - As queimadas são frequentes no cerrado e sua vegetação, de certa maneira, se beneficia disso. Adaptadas ao fogo, as plantas do cerrado sobrevivem às queimadas e rebrotam vigorosamente após incêndio. Queimadas esporádicas eliminam as espécies invasoras e favorece a ciclagem dos nutrientes minerais.

B16  Sucessão ecológica

Fonte: Wikimedia commons

Sucessão ecológica secundária

Biologia

Vale ressaltar que a distinção entre os dois tipos de sucessão frequentemente se confunde, isso porque as perturbações variam no grau em que elas alteram as estruturas das comunidades. Um tornado que derruba uma grande área de floresta, usualmente deixa intacto o estoque de nutrientes do solo, favorecendo o processo de sucessão secundária. Em contraste, um incêndio intenso pode chegar a degradar tanto o solo (destruindo centenas ou milhares de anos de sedimentação biológica) a ponto de a sucessão ter que partir de condições altamente desfavoráveis. Estima-se que a perda da biodiversidade da comunidade clímax resultante de uma sucessão ecológica secundária, em ambiente terrestre, em relação a comunidade clímax da sucessão ecológica primária seja de 40%. Tendências esperadas no ecossistema ao longo da sucessão primária ATRIBUTOS DO ECOSSISTEMA

EM DESENVOLVIMENTO

CLÍMAX

CONDIÇÕES AMBIENTAIS

Variável e imprevisível

Constante e previsivelmente variável

Mecanismos de determinação de tamanho populacional

Abióticos, independentes da densidade

Bióticos, dependentes da densidade

Crescimento

Rápido, alta mortalidade

Lento, maior capacidade de sobrevivência competitiva

Flutuações

Mais pronunciadas

Menos pronunciadas

Estratificação (heterogeneidade espacial)

Baixa

Alta

Diversidade de espécies

Baixa

Alta

Matéria orgânica

Baixa

Alta

Cadeia alimentar

Linear (simples)

Complexa (teias alimentares)

Produtividade primária bruta (PPB)

Baixa

Alta

Produtividade primária líquida (PPL)

Alta

Baixa

POPULAÇÕES

ESTRUTURA DA COMUNIDADE

Sucessão ecológica em ambiente aquático Levando-se em conta que um evento de seca é um dos fatores mais estressantes para um organismo aquático, as comunidades de poças temporárias experimentam, periodicamente, um distúrbio de considerável intensidade. Podemos dizer, então, que essas comunidades retornam a um estágio mais inicial de sucessão ecológica após cada evento de seca.

B16  Sucessão ecológica

Em uma lagoa, o fitoplâncton é o primeiro sistema de produtores que se desenvolve (comunidade pioneira). Quando os seus cadáveres começam a enriquecer o fundo das margens com material orgânico, a vegetação aquática pode aí se estabelecer. As folhas e caules mortos aumentam o húmus do fundo e, de ano para ano, a vegetação avança das margens para o centro. Na borda da lagoa, onde estavam as plantas pioneiras, começam a aparecer arbustos lenhosos e, depois de certo tempo, as árvores. O terreno eleva-se graças à sedimentação de restos vegetais e, finalmente, onde estavam, de início, as plantas aquáticas, fixam-se arbustos e árvores, e o que era, de início, o charco marginal, se transforma em terra firme. 82

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Uma estratégia desenvolvida por grande parte dos organismos zooplanctônicos que é muito eficaz em ambientes temporários é a produção de ovos de resistência, estágios de dormência que se acumulam no sedimento, capazes de eclodir e retornar à coluna d’água tão logo as condições favoráveis retornem ao ambiente. Esses propágulos são a principal forma de dispersão do zooplâncton, já que podem permanecer latentes no sedimento por muitos anos. Poças temporárias são, também, caracterizadas por apresentarem pouca profundidade (que não ultrapassam os 50 cm) em toda a sua extensão. Isso faz com que não haja distinção clara entre zona litorânea e pelágica, o que permite que plantas aquáticas colonizem toda a poça e reconfigurem a estrutura do habitat, tornando-o mais complexo e heterogêneo, especialmente, para pequenos organismos como os zooplanctônicos. Todos esses fatores juntos fazem com que comunidades zooplanctônicas de ambientes perenes e temporários sejam distintas, já que os fatores locais que as estruturam também o são.

Fitoplâncton

Zooplâncton e pequenas plantas

Sedimento estabilizado por raízes + acúmulo de matéria orgânica

Charco ou pântano

Lagoa temporária

Colonização por espécies terrestres

Plantas aquá cas flutuantes + hidras, sapos e insetos

Plantas submersas sofrem sombreamento Figura 07 - Representação esquemática das etapas de sucessão ecológica em uma lagoa.

Sucessão ecológica autotrófica Uma sucessão ecológica é classificada como autotrófica, quando em um ambiente, oferecendo componentes abióticos necessários: sais minerais e água, sedia o desenvolvimento de comunidades autotróficas. É a forma mais comum na natureza. Sucessão ecológica heterotrófica B16  Sucessão ecológica

Uma sucessão ecológica é classificada como heterotrófica quando um ambiente, oferecendo componentes bióticos necessários: matéria orgânica, sedia o desenvolvimento de comunidades heterotróficas. Esse processo ocorre, por exemplo, em rios poluídos, matéria orgânica em decomposição (tronco de uma árvore ou um cadáver). Nesse tipo de sucessão, a taxa de respiração será maior do que a produtividade, uma vez que há maior quantidade de organismos heterotróficos em detrimento dos autotróficos. 83

nta a os de bien-

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (Uerj RJ) Por conta de um incêndio, uma floresta teve sua vegetação totalmente destruída. Ao longo do tempo, foram observadas alterações no número e na diversidade de espécies vegetais no local, conforme ilustra a imagem.

Liquens Rocha e musgos nua

Incêndio

Ervas e pequenos arbustos

Mata com arbustos

Pinheiros abertos

Carvalhos

d) aumento da vegetação pioneira. e) estabilidade na reciclagem dos nutrientes. 04. (UCS RS) A sucessão ecológica é o processo de colonização de um ambiente por seres vivos. Com o passar dos anos, os organismos que habitam um determinado local vão sendo substituídos por outros. São exemplos de espécies pioneiras em um processo de sucessão ecológica na superfície de uma rocha: a) liquens e briófitas. b) anelídeos e platelmintos. c) angiospermas e gimnospermas. d) pteridófitas e artrópodes. e) nematoides e insetos. 05. (Fieb SP) Analise a figura que ilustra a transformação na fitofisionomia de um ambiente ao longo de décadas.

Adaptado de ecoblogando.wordpress.com.

Essas alterações caracterizam o fenômeno denominado a) eutrofização. c) magnificação trófica. b) amensalismo. d) sucessão ecológica. 02. (Fac. Direito de São Bernardo do Campo SP) A figura a seguir ilustra um processo de sucessão ecológica.

Tempo Fonte: <http://tundramertel.weebly.com uploads/5/1/5/1/51513125/441467_orig.jpg>.

É possível afirmar que, no ecossistema, ao longo do tempo haverá aumento dos seguintes parâmetros ecológicos, EXCETO a) biomassa. b) produção primária líquida. c) biodiversidade. d) taxa de respiração. B16  Sucessão ecológica

03. (UFRGS) Os ecossistemas naturais terrestres passam por mudanças através da sucessão ecológica. Em relação a esse processo, é correto afirmar que ocorre a) diminuição da biomassa total. b) aumento da biodiversidade. c) diminuição no tamanho dos indivíduos.

Décadas (www.sar8.org.br. Adaptado)

O processo ecológico ilustrado é a sucessão ecológica, caracterizado a) pela ocupação gradativa dos nichos existentes. b) pela transição biogeográfica entre diferentes biomas. c) pela faixa contínua de vegetação entre fragmentos florestais. d) pela vegetação existente ao longo das margens dos corpos d’água. e) pelo aumento da oscilação nas condições ambientais. 06. (OBB) A imagem abaixo mostra o processo de substituição das comunidades ao longo do tempo (sucessão ecológica): E

Espera-se que ao longo desse processo ocorra uma diminuição do (a) a) produtividade líquida. b) biomassa. c) taxa de fotossíntese. d) riqueza de espécies. d) estabilidade.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

02. (UFV MG)Todas as afirmativas a seguir representam características de uma comunidade clímax na sucessão ecológica, EXCETO. a) Aumento da biomassa total. b) Aumento da produtividade líquida. c) Aumento da estabilidade ambiental. d) Aumento da respiração da comunidade. e) Aumento da diversidade de espécies. 03. (FAMECA SP) A figura ilustra o processo de sucessão ecológica. Clímax

Secundárias

Clímax dinâmico

Pioneiras Colonizadoras

(http://www.ceplac.gov.br)

Considerando a taxa de biomassa e a de diversidade, durante o processo de sucessão ecológica sem interferência humana ou de catástrofes naturais, é correto afirmar que a) dependem diretamente uma da outra. b) tendem a ser sempre maiores, a cada período de tempo. c) a primeira sempre aumenta e a segunda estabiliza-se. d) se estabilizam e raramente se modificam. e) a primeira estabiliza-se e a segunda sempre aumenta 04. (UEPG PR) Em linhas gerais, é possível prever o tipo de sucessão ecológica que ocorrerá em determinado local, pois

a comunidade biológica ali presente tende a evoluir até atingir um ponto, denominado clímax, condicionado pelas características físicas e climáticas do local. Em relação à sucessão ecológica, assinale o que for correto. 01. Com o aumento da biodiversidade da comunidade, aumenta o número total de indivíduos capazes de viver no local e, portanto, aumenta a biomassa do ecossistema em sucessão. 02. O máximo de homeostase é atingido quando a sucessão atinge o clímax, um estado de estabilidade compatível com as condições da região. 04. O aparecimento de novos nichos ecológicos durante a sucessão ecológica leva a diminuição da diversidade de espécies na comunidade, ou seja, diminuição da diversidade biológica local. 08. O crescimento da teia de relações entre os componentes da comunidade permite a esta ajustar-se cada vez mais às variações impostas pelo meio, com consequente diminuição da homeostase. 16. Na comunidade clímax, a biodiversidade, a biomassa e as condições microclimáticas são facilmente alteradas em períodos curtos de tempo. 05. (Mackenzie SP) Sucessão ecológica é o nome que se dá a uma série de mudanças nas comunidades que compõem um ecossistema. As diversas comunidades se sucedem, até que se atinja um estágio de relativa estabilidade e equilíbrio, denominado comunidade clímax. É correto afirmar que, ao longo da sucessão, a) a produtividade primária bruta diminui no início, depois se estabiliza. b) a razão fotossíntese/respiração, no início a fotossíntese é maior, depois se iguala. c) o tamanho dos indivíduos tende a diminuir. d) a composição em espécies muda lentamente no início, depois rapidamente. e) a reciclagem de nutrientes diminui. 06. (FAMERP SP) Após uma erupção vulcânica, a lava expelida solidificou-se, formando uma rocha nua, sobre a qual, após algum tempo, surgiram liquens. Muito tempo depois, musgos e gramíneas também apareceram, sendo acompanhados posteriormente por arbustos, seguidos de árvores de médio porte. Ao final, árvores de grande porte predominaram no local. a) O texto descreve que processo biológico? Qual o papel dos liquens no início desse processo? b) Compare, em termos relativos, a produtividade primária líquida (PPL) no início e no final desse processo biológico. Explique a razão dessa diferença.

B16  Sucessão ecológica

01. (UEPG PR) Ao longo da sucessão, as comunidades que se instalam sofrem mudanças em sua estrutura. Com relação às principais mudanças que ocorrem ao longo da sucessão ecológica, assinale o que for correto. 01. A composição de espécies de uma comunidade muda rapidamente no início da sucessão, é mais lenta nos estágios intermediários, mantendo-se aproximadamente constante no clímax. 02. A diversidade inicial de uma sucessão é baixa, havendo predomínio de heterótrofos. 04. A teia alimentar torna-se mais complexa ao longo da sucessão. 08. A biomassa aumenta do estágio inicial até o clímax. 16. Ao longo da sucessão ocorre o aumento na diversidade de espécies e no número de heterótrofos. Às vezes, a diversidade de espécies pode declinar um pouco no clímax, quando a diversidade é estável.

Questão 06. a) Sucessão ecológica primária. Os liquens constituem as populações pioneiras (Ecese) que preparam o ambiente para a chegada de outras espécies. b) No início, a PPL é alta e a relação entre a PPL e a respiração é maior que 1 (PPL/R>1). No clímax, a PPL tende a se igualar ao consumo por respiração da biomassa de tal modo que PPL/R = 1. Durante a sucessão, ocorreu aumento do consumo de matéria orgânica pela respiração.

FRENTE

BIOLOGIA

Questão 01. a) a1— cana-de-açúcar (produtor); a2— larva de mariposa e fungo; a3— larva da vespa b) Dentre as interações que podem ser classificadas como parasitismo, poderiam ter sido citadas: 1. larva de mariposa que se alimenta do parênquima do caule da cana-de-açúcar. 2. fungo que se alimenta da sacarose existente no caule da cana-de-açúcar. 3. larva de vespa que se alimenta de larva de mariposa.

Questão 02. Em ecologia, o termo comensal é utilizado quando um organismo obtém algumas vantagens sobre outro, sem prejudicá-lo. A relação conhecida por comensalismo ocorre entre os tubarões e o peixe rêmora que utiliza restos de alimento capturado por aqueles peixes, sem prejuízo para os tubarões. O fungo Candidaspp. pode desenvolver patogenias (infecções) nos humanos, relação denominada parasitismo.

Exercícios de Aprofundamento

02. (Unesp SP) A microbiota normal do homem é colonizada por diversos micro-organismos que estão de forma comensal, sendo a Candida spp. o fungo oportunista mais comum, podendo assim se tornar patogênica, caso ocorram alterações nos mecanismos de defesa do homem. (www.revistaapi.com)

O texto afirma que vários micro-organismos interagem com o ser humano de forma comensal. No contexto das relações ecológicas interespecíficas, explique o que isso significa e dê mais um exemplo desse tipo de interação. No caso da Candida spp. se tornar patogênica, como se denomina a relação interespecífica entre esse fungo e o ser humano? Justifique sua resposta. 03. (UEM PR) Sobre os ciclos do carbono, do oxigênio e da água, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. No ciclo do carbono, a forma inorgânica é transformada na forma orgânica pela fotossíntese. 02. No ciclo da água, além da passagem vapor-líquido e vice-versa, em função de fatores físicos, ocorre também a interferência dos seres vivos, pois, durante a fotossíntese, ocorre o consumo e, durante a respiração, ocorre a liberação de água. 04. O carbono é um elemento essencial na composição dos seres vivos e retorna à atmosfera sob forma de gás carbônico, através da combustão, da transpiração e da oxidação.

08. O gás ozônio pode ser formado em baixas altitudes e é resultado do aumento de certos gases poluentes, como óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos e peróxidos de hidrogênio. 16. Os seres autótrofos utilizam oxigênio livre para construir suas biomoléculas através da fotossíntese. 04. (Udesc SC) O monóxido de carbono e o dióxido de carbono, que resultam da queima dos combustíveis fósseis, podem causar alguns problemas à população urbana. Assinale a alternativa correta. a) O dióxido de carbono eliminado na atmosfera pela combustão de combustíveis fósseis é totalmente absorvido pelos vegetais no processo da fotossíntese. b) O monóxido de carbono afeta a hemoglobina do sangue, podendo, quando em níveis elevados, levar à morte das pessoas expostas a ele. c) O monóxido de carbono é essencial no processo da fotossíntese e da respiração. d) O dióxido de carbono eliminado por meio da queima dos combustíveis fósseis permite o equilíbrio desse gás na atmosfera, devido a sua retenção nos vegetais no processo da fotossíntese. e) O monóxido de carbono tem em sua fórmula um átomo de carbono e dois de oxigênio. 05. (UFJF MG) Suponha que o gráfico abaixo apresenta a concentração de nutrientes (mg L–1) em um ecossistema aquático, ao longo de 30 dias. Suponha também que a densidade total de bactérias foi quantificada e não houve diferença significativa no número total de bactérias nesse ecossistema, durante esse período. Concentração de nutrientes dissolvidos 500 Amônia Nitrito Nitrato Ortofosfato

400 300 mg L-1

01. (Fuvest SP) As mariposas da espécie Diataea saccharalis colocam seus ovos na parte inferior de folhas de cana-de-açúcar. Esses ovos desenvolvem-se em larvas que penetram no caule e se alimentam do parênquima ali presente. As galerias feitas por essas larvas servem de porta de entrada para fungos da espécie Colleotrichum falcatum. Esses fungos alimentam-se da sacarose armazenada no caule. As usinas de açúcar e álcool combatem as mariposas, liberando pequenas vespas (Cofesia flavipes), cujos ovos são depositados sobre as larvas das mariposas. Quando os ovos eclodem, as larvas da vespa passam a se alimentar das larvas da mariposa. a) Com base nas informações contidas no texto acima, indique os organismos que ocupam os seguintes níveis tróficos: a1) produtor; a2) consumidor primário; a3) consumidor secundário. b) Dentre as interações descritas nesse texto, indique uma que você classificaria como parasitismo, justificando sua resposta.

200 100 0 0 2 4 6 8 10 12 14 18 Dias

Gráfico 1: Concentração de nutrientes dissolvidos (mg L–1) ao longo do tempo (dias).

Questão 05. a) Nitrosação (transformação – conversão de amônia em nitrito) que pode ser evidenciada na diminuição da concentração de amônia a partir do sexto dia e consequente aumento do nitrito. Ou Nitratação (transformação – conversão do nitrito em nitrato) observada pela diminuição da concentração de nitrito e aumento da concentração de nitrato, principalmente depois do décimo quarto dia. Ou nitrificação que inclui as duas etapas – nitrosação e nitratação. b) A nitrosação e nitratação são realizadas por bactérias específicas e não por todas as bactérias. Assim, o número dessas bactérias específicas pode ter aumentado, mas não o número total de bactérias. c) Os microrganismos são responsáveis pela remineralização de nutrientes, transformando orgânicos e inorgânicos. São produtores primários absorvendo CO2 e incorporando em sua biomassa. Fixam nitrogênio atmosférico. Degradam matéria orgânica no processo de decomposição entre outros.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

a) A partir dos dados apresentados no Gráfico 1, cite UMA etapa do ciclo do nitrogênio ocorrida durante a realização do experimento. Em quais dados você baseou sua escolha? b) Sabendo que microrganismos são essenciais em várias etapas do ciclo do nitrogênio, como explicar o número constante de bactérias ao longo do experimento? c) Cite TRÊS possíveis papéis funcionais dos microrganismos na ciclagem de nutrientes. 06. (Enem MEC) Os ecossistemas degradados por intensa atividade agrícola apresentam, geralmente, diminuição de sua diversidade e perda de sua estabilidade. Nesse contexto, o uso integrado de árvores aos sistemas agrícolas (sistemas agroflorestais) pode cumprir um papel inovador ao buscar a aceleração do processo sucessional e, ao mesmo tempo, uma produção escalonada e diversificada.

b) Ao longo da sucessão ecológica de uma floresta pluvial tropical, restaurada rumo ao clímax, discuta o que ocorre com os seguintes fatores. b.1) Número de nichos ecológicos disponíveis. b.2) Homeostase da comunidade. c) Explique como o aumento de áreas de floresta nativa pode contribuir para reduzir o efeito estufa. 08. (UPE) Um pesquisador levantou fotos antigas e atuais, entrevistou moradores, analisou imagens de satélites e visitou diversas áreas da Floresta Amazônica, procurando conhecer os diferentes estágios de sucessão em áreas degradadas e preservadas. Organizou as informações e propôs 3 etapas. 1ª etapa: Ilustração da degradação progressiva 1

Disponível em: saf.cnpgc.embrapa.br. Acesso em: 21 jan. 2012 (adaptado).

07. (UFJF MG) Leia o seguinte texto: Com a oportunidade de colocar em prática a nova lei do código florestal brasileiro (Lei 12.631/12) e estabelecer estratégias para a recuperação de áreas degradadas, o Ministério do Meio Ambiente (MMA) está formulando o Plano Nacional para a Restauração da Vegetação Nativa no Brasil. Esse plano tem o objetivo de articular, integrar e promover programas e ações indutoras da restauração de paisagens florestais em larga escala. Segundo dados do MMA, estima-se que o Brasil possui um déficit de 43 milhões de hectares de áreas de preservação permanente e 42 milhões de hectares de reserva florestal legal. Apenas na Mata Atlântica, há 15 milhões de hectares passíveis de restauração florestal.

Fonte: Monitoramento da cobertura florestal da Amazônia por satélites (2007-2008). www.obt.inpe.br/deter

2ª etapa: Atividade degradadora I. Retirada de madeira e queimada II. Corte Raso III. Recorrência de queimada IV. Extração seletiva de Madeira

FUNDAÇÃO SOS Mata Atlântica. Política Nacional para Restauração Florestal: estratégias e perspectivas. 06 mai. 2014. Disponível em: <http://www.sosma.org.br/.LCXDHjTB.dpuf>. Acesso em: 12 ago. 2014

3ª etapa: Características ecológicas da sucessão A. Área em processo inicial de sucessão, com poucas espécies e espaço para ser colonizado por espécies pioneiras arbustivas ou rasteiras. B. Permanência apenas das espécies do sub-bosque, com solo exposto para colonização por espécies pioneiras arbustivas ou rasteiras. C. Área com redução de espécies da comunidade clímax, estimulando a sucessão secundária a partir de árvores jovens que compõem o sub-bosque. D. Estágio, no qual permanecem algumas poucas espécies da comunidade clímax, predominando espécies do sub-bosque.

O texto mostra a preocupação com a restauração ecológica de áreas degradadas ou utilizadas para fins agrícolas e agropecuários. Com base no texto e em atualidades sobre desequilíbrio ambiental, responda ao que se pede. a) Uma das formas mais baratas de se restaurar uma floresta é por meio da regeneração natural. Isso ocorre, por exemplo, em pastagens bovinas abandonadas (“capoeiras”). Nesse caso, qual tipo de sucessão ecológica ocorrerá?

Assinale a alternativa que apresenta a correlação CORRETA entre Ilustração, Atividade Degradadora e Características ecológicas da sucessão: a) 1-I-A; 2-II-C; 3-III-B; 4-IV-D b) 1-IV-B; 2-II-A; 3-I-C; 4-III-D c) 1-III-B; 2-IV-A; 3-II-C; 4-I-D d) 1-I-D; 2-III-B; 3-IV-A; 4-II-C e) 1-IV-C; 2-I-D; 3-III-B; 4-II-A

Questão 07. a) Sucessão secundária. b) b.1) A cada estágio do processo de sucessão, os organismos da comunidade provocam modificações na estrutura física do habitat e no clima, inaugurando nichos ecológicos novos, aumentando o número de nichos e favorecendo a chegada de novas espécies e o aumento na diversidade de espécies b.2) O avanço da sucessão leva a uma construção gradativa da comunidade, envolvendo modificações na estrutura física do habitat e clima, e aumento de nichos e espécies. Isso provoca o crescimento da teia de relações entre as espécies, permitindo que a comunidade se ajuste cada vez mais às variações impostas pelo ambiente, aumentado sua homeostase – capacidade de manter-se estável apesar das variações ambientais. c) As árvores, através do seu processo fotossintético, podem contribuir para remover grande quantidade de gás carbônico (CO2) da atmosfera, além de poluentes tóxicos como dióxido de enxofre (SO2).

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

Essa é uma estratégia de conciliação entre recuperação ambiental e produção agrícola, pois a) substitui gradativamente as espécies cultiváveis por espécies arbóreas. b) intensifica a fertilização do solo com o uso de técnicas apropriadas e biocidas. c) promove maior diversidade de vida no solo com o aumento da matéria orgânica. d) favorece a dispersão das sementes cultivadas pela fauna residente nas áreas florestais. e) cria condições para o estabelecimento de espécies pioneiras com a diminuição da insolação sobre o solo.

Fonte: Wikimedia commons

FRENTE

BIOLOGIA Por falar nisso Seu tipo sanguíneo é A, B, O ou AB? Saber seu tipo sanguíneo é uma informação curiosa e que pode até salvar sua vida em alguma emergência. Os grupos sanguíneos do sistema “ABO” foram descobertos no início do século XX entre 1900 - 1901, quando o cientista austríaco Karl Landsteiner (1868 – 1943) dedicou-se a comprovar que havia diferenças no sangue dos diversos seres humanos. Suas primeiras pesquisas centraram-se na genética do sangue humano, que ele comparou com sangue de macacos e de outros animais. Landsteiner utilizou seu próprio sangue e o de seus colegas de laboratório para realizar sua experiência que entrou para a história da medicina. Em 1930, Landsteiner ganhou o Prêmio Nobel por esse trabalho. Karl Landsteiner colheu amostras de sangue de diversas pessoas, isolou os glóbulos vermelhos (hemácias) e fez diferentes combinações entre plasma e hemácias, tendo como resultado a presença de aglutinação dos glóbulos em alguns casos e sua ausência em outros. Quando os glóbulos vermelhos aglutinavamse, formando coágulos e/ou grânulos dentro dos vasos sanguíneos, o fluxo de sangue era interrompido e a pessoa poderia morrer. Em outros casos analisados, esse fenômeno não acontecia e, portanto, pessoas não morriam depois de transfusões. Em 1940, já vivendo nos Estados Unidos e trabalhando no Instituto Rockfeller de Pesquisa Médica, Landsteiner e o pesquisador Wienner também descobriram o fator Rh, trabalhando com sangue de um macaco do gênero Rhesus. Esse outro sistema sanguíneo indica se o tipo de sangue é positivo ou negativo. ABBOAB+

A-

O+

B+

A+ Distribuição dos principais tipos sanguíneos na população mundial.

É possível classificar o sangue humano em mais de vinte diferentes sistemas, porém, os sistemas ABO, Rh e MN são os que têm mais importância para a medicina em geral. No Brasil, os grupos sanguíneos mais comuns do sistema ABO são o O e o A, que abrangem 87% da população. O B responde por 10% e o AB, por apenas 3%. Os genes relacionados a esses três sistemas de classificação do sangue se localizam em pares distintos de cromossomos homólogos, ou seja, são genes que estão em segregação independente. Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

C13 C14 C15 C16

Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal........................................90 Sistemas de determinação do sexo .................................................99 Herança relacionada ao sexo ........................................................ 110 Herança poligênica e interação gênica ......................................... 118

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C13

ASSUNTOS ABORDADOS n Grupos sanguíneos e Eritroblas-

tose fetal

n Aglutinogênios e aglutininas do sistema ABO n Tipagem dos grupos sanguíneos n Genética do sistema ABO de grupos sanguíneos n Sistema Rh n Sistema MN n Transfusões sanguíneas n Eritroblastose fetal

GRUPOS SANGUÍNEOS E ERITROBLASTOSE FETAL Aglutinogênios e aglutininas do sistema ABO O sangue é um tecido líquido constituído por células (elementos figurados) e plasma (parte líquida). Considerando o sistema ABO, têm-se dois tipos de proteínas (antígenos) denominadas aglutinogênio A e aglutinogênio B nas membranas plasmáticas das hemácias. Esses aglutinogênios são definidos de acordo com o genótipo do indivíduo. O fenótipo seria dado, então, pelo tipo de aglutinogênio que as hemácias portam. O plasma sanguíneo, por sua vez, pode abrigar outras duas proteínas (anticorpos) denominadas aglutininas anti-A e aglutininas anti-B. As aglutininas são anticorpos naturais, ou seja, o indivíduo já nasce com a informação genética para produzi-las ao longo da vida ou não. Assim, os indivíduos pertencentes ao grupo AB possuem aglutinogênios A e aglutinogênios B na membrana das hemácias, mas são desprovidos de quaisquer aglutininas no plasma sanguíneo; os indivíduos portadores de sangue tipo A possuem aglutinogênios A e aglutininas anti-B; os pertencentes ao grupo B possuem aglutinogênios B e aglutininas anti-A; os indivíduos do grupo O são destituídos de quaisquer aglutinogênios nas hemácias e possuem aglutininas anti-A e aglutininas anti-B no plasma sanguíneo. Tipo Sanguíneo/Fenótipo

Aglutinogênio

Aglutinina

Anti-B

Anti-A

AeB

--------------------------------

Anti-A e Anti-B

Tabela 01 - Grupos sanguíneos do sistema ABO.

Tipagem dos grupos sanguíneos O grupo sanguíneo de uma pessoa é determinado, verificando-se a existência ou não de aglutinação das hemácias, quando seu sangue é misturado com concentrado de aglutininas (soro). Para tanto, procede-se da seguinte maneira: n n

coleta-se o sangue cujo grupo sanguíneo se deseja determinar. Em seguida, colocam-se duas gotas desse sangue sobre uma lâmina de microscopia; sobre uma gota de sangue, aplica-se uma gota de soro contendo aglutininas anti-A e sobre a outra gota de sangue, aplica-se uma gota de soro com aglutininas anti-B. Amostra 1 An -a

Soros

An -b Sangue po A

Gotas de sangue Aglu nação Amostra 2 90

Sangue po B Aglu nação Amostra 3

Amostra 1 An -a

Soros

An -b

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sangue po A Gotas de sangue Aglu nação Amostra 2

Sangue po B Aglu nação Amostra 3 Sangue po AB Aglu nação

Aglu nação Amostra 4 Sangue po O

Figura 01 - Teste para identificação do grupo sanguíneo (tipagem).

Interpretando resultados: n n n n

não havendo aglutinação, evidenciada por alterações no aspecto do sangue, em nenhuma das duas gotas de sangue, o indivíduo pertence ao grupo O; havendo aglutinação nas duas gotas de sangue, o indivíduo é do grupo AB; havendo aglutinação apenas na gota de sangue onde se aplicou o soro anti-A, o indivíduo é do grupo A; havendo aglutinação apenas na gota de sangue onde se aplicou o soro anti-B, o indivíduo é do grupo B.

Genética do sistema ABO de grupos sanguíneos O sistema sanguíneo ABO foi o primeiro a ser descoberto e, até hoje, continua sendo considerando o mais importante sistema de grupo sanguíneo na medicina transfusional. Há ainda relevância nos transplantes, em especial nos de medula óssea e renal, além de contribuir em estudos antropológicos. O padrão de herança dos grupos sanguíneos do sistema ABO é autossômica, ou seja, os genes envolvidos estão localizados nos cromossomos autossômicos. Além disso, na população humana, existem três diferentes genes alelos que definem esses grupos sanguíneos, sendo o caso da polialelia, em que dois desses três alelos têm relação de codominância. Genes alelos do sistema ABO (Polialelia) n n n

IAIA – Relacionado com a síntese do aglutinogênio A. IBIB – Relacionado com a síntese do aglutinogênio B. i – Não há síntese de aglutinogênios. O gene IA domina o gene i assim como o gene IB, porém, os genes IA e IB têm relação de codominância.

C13  Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal

Observe o quadro de genótipos e fenótipos. Tipo sanguíneo/Fenótipo

Genótipo

IA IA, IA i

IB IB, IB i

I A IB

Tabela 02 - Fenótipos e genótipos do sistema ABO.

Biologia

SAIBA MAIS O QUE É O FALSO O OU EFEITO BOMBAIM? Em menos de 1% da população mundial, constatam-se pessoAlelo H as classificadas como portadoras de sangue falso O. Esse feA lo I An geno A nótipo ocorre quando o indivíduo é portador do genótipo hh. Ale Enzima H O gene H e h estão localizados em um par de cromossomos Substância precursora An geno H Alelo i An geno H diferente do par onde estão os alelos do sistema ABO (IA, IB e Ale i). São, portanto, genes com segregação independente duranlo B An geno B I te a meiose. Os indivíduos HH e Hh produzem uma substância precursora que se transforma nos antígenos (aglutinogênios) Figura 02 - Interação entre o gene H e os genes alelos do sistema ABO. A ou B de acordo com o genótipo do sistema ABO. Os indivíduos hh não produzem o precursor desses antígenos e desse modo, mesmo sendo IA IA, IAi, IBIB, IBi ou IAIB , não expressaram os antígenos A e B na membrana das hemácias. O indivíduo falso O pode doar sangue para qualquer indivíduo portador de aglutinogênios do sistema ABO e também para o indivíduo O “legítimo” que possui genótipo HH ou Hh e ii, mas não pode receber sangue de nenhum doador portador do aglutinogênio “H”, ou seja, dos indivíduos do sistema ABO. O paciente falso O só pode receber sangue de outra pessoa igualmente falso O. Isso ocorre porque o portador de sangue falso O não tem antígeno H, porém, possui anticorpos (aglutininas) anti-H. O teste para verificar se o indivíduo é falso O é feito pingando-se uma gota de seu sangue em uma lâmina e adicionando-se a ela o anticorpo anti-H. Se não houver aglutinação, o indivíduo é falso O.

Sistema Rh O sistema Rh de classificação do sangue apresenta vários antígenos em jogo, mas a grande maioria dos casos de incompatibilidade se deve a um desses antígenos denominado aglutinogênio Rh (fator Rh) que também está localizado na membrana das hemácias. Devido a isso, é considerado apenas um par de genes alelos na determinação do sistema Rh e entre eles, ocorre relação de dominância completa. O gene dominante R ou D determina a presença do fator Rh e, automaticamente, fenótipo Rh positivo. Já o alelo recessivo r ou d determina a ausência do fator Rh, fenótipo Rh negativo.

C13  Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal

O padrão de herança dos grupos sanguíneos do sistema Rh é considerado, portanto, monofatorial e, assim como no sistema ABO, é um tipo de herança genética autossômica. No sistema Rh, os indivíduos Rh não possuem anticorpos anti-Rh e só os produzem quando recebem hemácias Rh+, processo chamado de sensibilização. Assim sendo, não existem anticorpos naturais para o sistema Rh. Fenótipos

Genótipos

Rh+

RR, Rr

–

Tabela 03 - Fenótipos e genótipos do sistema Rh.

A tipagem do sangue humano para identificação da presença do fator Rh é feita de forma semelhante ao processo que identifica os aglutinogênios do sistema ABO. Acrescenta-se soro contendo aglutininas anti-Rh a gotas do sangue que se deseja classificar. O sangue que apresentar alterações em seu aspecto, como formação de grumos, teve suas hemácias aglutinadas ao entrar em contato com as aglutininas do soro. Nesse caso, o indivíduo é Rh positivo. No sangue sem alteração, não houve reação entre aglutinogênio (fator Rh) e aglutinina específica, portanto, o indivíduo tem fenótipo Rh negativo. 92

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Soros An -Rh

Ausência de aglu nação

Aglu nação Gotas de sangue Rht+

Rh−

Figura 03 - Tipagem do sangue humano para o sistema Rh.

Existe a possibilidade de ocorrência de reação antígeno-anticorpo (aglutinogênio-aglutinina) pelo sistema Rh, apesar de que, essa reação só oferece risco de morte ao receptor do sangue se ele estiver submetido a repetidas transfusões inadequadas. Nesse caso, o nível plasmático de anticorpos anti-Rh do indivíduo Rh- sensibilizado por hemácias do doador Rh+ estaria muito elevado, podendo desdobrar em acidentes vasculares semelhantes aos que ocorrem por transfusão incompatível pelo sistema ABO.

Sistema MN Landsteiner e Levine descobriram dois outros antígenos nas membranas das hemácias humanas, designados de M e N. Esse sistema consta de 3 fenótipos e 3 genótipos, sendo um caso de codominância. Não existe nesse sistema a produção de anticorpos naturais (aglutininas) anti-M ou anti-N. Essas aglutininas somente serão produzidas se o sangue M for doado a um receptor portador de sangue N e vice-versa (sensibilização), caracterizando uma transfusão inadequada. A identificação dos aglutinogênios do sistema MN é embasada no mesmo processo utilizado na tipagem para o sistema ABO e Rh. Fenótipos

Genótipos

Tabela 04 - Fenótipos e genótipos do sistema MN.

Transfusões sanguíneas A importância do estudo do sangue para a vida desencadeou, ainda no século XVII, experiências diversas iniciadas em animais. As transfusões sanguíneas foram estendidas para humanos e não tardou para que as primeiras complicações surgissem sob a forma de reações de aglutinação. Nessa situação, os aglutinogênios das hemácias do doador foram imobilizados por aglutininas presentes no sangue do receptor, produzindo reação muito específica. Aglutinogênios (antígenos) presentes nas hemácias do sangue do doador não podem se “encontrar” com aglutininas (anticorpos) presentes no sangue do paciente receptor. As aglutininas imobilizam as hemácias, que formam grumos. Estes obstruem os vasos sanguíneos e, em consequência, o sangue perde a fluidez. Essa situação pode causar a morte do receptor do sangue.

Figura 04 - Transfusões sanguíneas possíveis para o sistema ABO.

C13  Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal

Existe a possibilidade de ocorrência de reação antígeno-anticorpo (aglutinogênio-aglutinina) pelo sistema MN, apesar de que, essa reação só oferece risco de morte ao receptor do sangue se ocorrerem repetidas transfusões inadequadas.

Biologia

Na prática, as transfusões são feitas, preferencialmente, dentro do mesmo grupo. O indivíduo portador de sangue O negativo é considerado doador universal, pois ao doar sangue, não “entrega” nenhum aglutinogênio ao receptor, não havendo, portanto, possibilidade de reação específica aglutinogênio/aglutinina. O indivíduo AB positivo é considerado o receptor universal, pois nenhum aglutinogênio do sistema ABO ou Rh surpreende seu sistema imunológico em caso de necessidade de transfusão já que esse indivíduo não tem, em seu sangue, aglutininas do sistema ABO e nem Rh. Observe a tabela abaixo que resume as possibilidades de doação/recepção de sangue considerando o sistema ABO e Rh. Pessoas do Grupo

Podem doar para quem é dos grupos

Podem receber doações dos grupos

A+

A+, AB+

A+, A-, O+, O-

A-

A-, A+, AB+, AB-

A-, O-

AB+

TODOS

AB-

AB-, AB+

A-, O-, B-, AB-

B+

B+, AB+

B+, B-, O+, O-

B-

B-, B+, AB+, AB-

B-, O-

O+

A+, O+, B+, AB+

O+, O-

O-

TODOS

O-

Tabela 05 - Guia de transfusões sanguíneas considerando sistemas ABO e Rh.

A transfusão de sangue não é um procedimento isento de riscos. Esses riscos podem ser agudos, isto é, decorrentes do ato transfusional, até 24 horas do início da transfusão, ou tardios, como aquisição de doenças infecciosas. Portanto, a indicação de uma transfusão deve seguir critérios rigorosos e precisos pelo médico. Porém, deve-se lembrar que o hemoterapeuta pode questionar a indicação caso seja possível discutir.

C13  Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal

Fonte: Wikimedia commons

SAIBA MAIS

Figura 05 - Processo de tipagem do sangue do doador.

Um dos grandes problemas dos serviços de hemoterapia refere-se às dificuldades de obtenção de doadores de sangue que garantam estoques para atender às necessidades específicas e emergenciais. Atualmente, 1,8% da população brasileira doa sangue. Embora o percentual esteja dentro dos parâmetros recomendados pela Organização Mundial da Saúde (OMS), que pelo menos 1% da população seja doador de sangue, o Ministério da Saúde trabalha constantemente para aumentar o índice. No Brasil, pessoas entre 16 e 69 anos podem doar sangue. Para os menores (entre 16 e 18 anos) é necessário o consentimento dos responsáveis e entre 60 e 69 anos, a pessoa só poderá doar se já o tiver feito o procedimento antes dos 60 anos. É preciso pesar, no mínimo, 50 kg e estar em bom estado de saúde. A doação é 100% voluntária e beneficia qualquer pessoa, independentemente de parentesco. Atualmente, 32 hemocentros coordenam os 530 serviços de coleta distribuídos por todo o País. O Ministério da Saúde do Brasil determina a realização da tipagem e testes sorológicos (pesquisa de anticorpos específicos) no sangue coletado de voluntários nos hemocentros. São obrigatórios testes para: sífilis, hepatite B, hepatite C, HIV, doença de Chagas, malária e citomegalovírus. No entanto, a triagem sorológica nos doadores de sangue não garante evitar 100% a possibilidade de transmissão de agentes infecciosos, pois, o doador de sangue pode estar na chamada “Janela Imunológica”. Nesse período, ele já está contaminado por um agente infeccioso, mas, não apresenta ainda os anticorpos específicos no sangue. Assim, seu exame sorológico tem resultado negativo e o sangue doado é liberado para ser utilizado em uma transfusão.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Eritroblastose fetal A Eritroblastose fetal, também denominada Doença hemolítica do recém-nascido é caracterizada pela destruição das hemácias do feto e do recém-nascido por anticorpos maternos. Isso ocorre quando uma mãe Rh– que já tenha sido sensibilizada por sangue positivo transfere anticorpos anti-Rh, por meio da placenta ao filho Rh+. No final da primeira gestação e principalmente no momento do parto, pequenas frações de sangue fetal, normalmente, ultrapassam a barreira placentária para a corrente sanguínea da mãe. O organismo materno, ao entrar em contato com hemácias do concepto Rh+, produz anticorpos contra os antígenos Rh existentes nas hemácias fetais. Diz-se que essa mãe foi sensibilizada e desenvolveu memória para gerar anticorpos anti-Rh. Essa sensibilização materna também pode ser produzida por transfusão acidental de sangue Rh+. O primeiro filho Rh+ de uma mulher Rh– que nunca tenha recebido uma transfusão incompatível antes, geralmente nasce normal. Numa segunda gestação de feto Rh+, a passagem de sangue fetal para a mãe desencadeia uma resposta imunológica secundária caracterizada por rápida e intensa produção de anticorpos anti-Rh, da classe IgG, que podem transpor a placenta e causar hemólise, aglutinando e destruindo as hemácias fetais Rh+.

Mulher Rh‒ (rr) Mulher sensibilizada produz grande quan dade de an corpos an -Rh Organismo materno produz an corpos an -Rh.

Passagem de hemácias fetais (Rh+) para o sangue da mãe

An -Rh

Passagem de an corpos an -Rh para a circulação fetal

Criança Rh+

1ª GRAVIDEZ

Criança Rh+

PARTO

2ª GRAVIDEZ

Figura 06 - Etapas do processo que produz a Doença Hemolítica do Recém-Nascido.

De maneira resumida, pode-se dizer que a eritroblastose ocorre quando, n n

pai Rh+; filho Rh+; mãe Rh– sensibilizada – mãe que tenha recebido aglutinogênios (antígenos) Rh por transfusão inadequada ou durante um trabalho de parto e, consequentemente, tenha iniciado a produção de anticorpos anti-Rh.

C13  Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal

A frequência de eritoblastose fetal, entretanto, é menor do que a esperada em crianças Rh+ filhas de mães Rh-. Isso acontece devido à incompatibilidade do sistema ABO entre mãe e feto. Aglutininas anti-A e/ou anti-B naturalmente produzidas e presentes no plasma da mãe destroem imediatamente hemácias fetais que caíram na corrente sanguínea materna e que portam aglutinogênios A e/ou B. Assim, não haverá chance de a mãe ser sensibilizada pela criança Rh positiva. 95

Biologia

Quadro clínico No desenvolvimento da doença, pode surgir anemia em decorrência da destruição dos glóbulos vermelhos e queda da taxa de hemoglobina circulante, icterícia (coloração amarelada de pele pela deposição de bilirrubina produzida pelo fígado ao atuar sobre a hemoglobina), hepatoesplenomegalia, alterações cardiovasculares, edema (às vezes acentuado), ascite (aumento de líquido na cavidade abdominal), alterações mentais (kernicterus) e ainda pode ocorrer abortamento ou morte intrauterina. Profilaxia e tratamento da DHRN n

Aplicação de anticorpos anti-Rh na mãe até três dias após o parto. Esses anticorpos anti-Rh destroem as hemácias Rh+ de feto que estão presentes no sangue materno. Isso impede, em parte, a sensibilização, isto é, o início da produção de anticorpos pelo organismo materno. Com o tempo, esses anticorpos do soro aplicado na mãe são eliminados e como o organismo não aprendeu a produzi-los, não os substitui e fica livre para uma segunda gravidez. Esse procedimento (inoculação de anticorpos anti-Rh) deve ser repetido depois de cada parto. Acompanhamento criterioso da gravidez de mulheres que tenham incompatibilidade com seus maridos. Existem testes que avaliam o nível de imunização materno, assim como o grau de acometimento da criança. As crianças que apresentarem a doença podem necessitar de transfusão sanguínea. Nesses casos, as crianças recebem sangue Rh–, pois as hemácias Rh– não são destruídas por anticorpos anti-Rh. Ao longo de alguns meses, a criança substitui as hemácias recebidas na transfusão por suas próprias hemácias geradas na medula óssea vermelha.

SAIBA MAIS

C13  Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal Fonte: Wkimedia commons

O QUE ACONTECE COM O SANGUE DOADO? Logo após o término da doação, o sangue passa por um processo de centrifugação em equipamento especial; daí ocorre a separação ou fracionamento dos hemocomponentes que serão utilizados em transfusão, conforme a necessidade dos pacientes. São hemocomponentes: n Concentrado de hemácias (CHM) – é a parte vermelha do sangue que contém as hemácias, células sanguíneas responsáveis pelo transporte do oxigênio para todo o corpo humano. É utilizado em anemias agudas como as causadas por hemorragias que ocorrem, por exemplo, em acidentes ou cirurgias com grande perda de sangue; n Concentrado de plaquetas (CP) – é um componente claro, que contém as plaquetas, células responsáveis por um dos mecanismos de coagulação que impedem a continuidade do sangramento, formando um tampão nos vasos sanguíneos. É utilizado em caso de alteração da função ou diminuição do número de plaquetas, como ocorrem em leucemias e quimioterapia; n Plasma fresco congelado (PFC) – é a parte líquida do sangue, clara, e que contém fatores de coagulação responsáveis pelos outros mecanismos de coagulação, além da plaqueta. É utilizado em sangramento e deficiência de vários fatores de coagulação como as que ocorrem em grandes queimados e portadores de hemofilia B; Crioprecipitado (CRIO) – é um precipitado originado do descongelamento do PFC em temperatura de 4° C, rico em fator VIII, fator XIII e fibrinogênio. É utilizado em pacientes com deficiência de fatores de coagulação (fibrinogênio e outros). O sangue é rotulado de forma a permitir sua rastreabilidade (possibilidade de identificar a origem do sangue doado, em caso de reações adversas no receptor), porém, preservando o sigilo do doador, conforme determina a legislação brasileira. São realizados exames para tipificação do sangue e identificação de doenças transmissíveis. Somente após a liberação dos testes laboratoriais, os hemocomponentes, devidamente estocados, são distribuídos aos hospitais e clínicas conveniados.

Figura 07 - Destinação do sangue após coleta, tipagem e fracionamento (hemocomponentes) nos hemocentros.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

as lacunas do texto abaixo, na ordem em que aparecem. Pessoas que pertencem ao grupo sanguíneo A têm na membrana plasmática das suas hemácias __________ e no plasma sanguíneo __________. As que pertencem ao grupo sanguíneo O não apresentam __________ na membrana plasmática das hemácias. a) aglutinina anti-B – aglutinina anti-A e anti-B – aglutinogênio. b) aglutinogênio A – aglutinina anti-B – aglutinogênio. c) aglutinogênio B – aglutinogênio A e B – aglutinina anti-A e anti-B. d) aglutinina anti-A – aglutinogênio B – aglutinina anti-A e anti-B. e) aglutinina anti-A e anti-B – aglutinogênio A – aglutinina anti-B. 02. (UECE) No que diz respeito a grupos sanguíneos, é correto afirmar que pessoas do grupo sanguíneo a) O possuem aglutinogênios O nas hemácias e aglutininas anti-A e anti-B no plasma. b) A possuem aglutinogênios A nas hemácias e aglutininas anti-B e anti-AB no plasma. c) AB, que não têm aglutinogênios nas hemácias, são consideradas receptoras universais. d) B possuem aglutinogênios B nas hemácias e aglutininas anti-A no plasma. 03. (CEFET MG) Um estudo sugeriu que os mosquitos Anopheles gambiae eram especialmente atraídos por sangue do tipo O positivo ou negativo. Para chegar a essa conclusão, pesquisadores expuseram pares de voluntários com tipos sanguíneos diferentes a mosquitos fêmeas. Eles notaram que, na maioria das vezes, os mosquitos alimentavam-se preferencialmente do sangue das pessoas com fenótipo O. Disponível em: <http://www.megacurioso.com.br>. Acesso em 21 abr. 2015. (Adaptado).

A chance dos descendentes de um homem O positivo nascerem, seguramente, menos propensos ao ataque desses insetos é ele casando-se com uma mulher de sangue a) A positivo. b) O positivo. c) O negativo. d) B negativo. e) AB positivo. . 04. (UEM PR) Em uma escola, realizou-se uma pesquisa para determinar o tipo sanguíneo no sistema ABO dos 483 alunos matriculados, com base na presença de aglutinogênios

nas hemácias. Verificou-se que 164 não têm aglutinogênios, 232 apresentam pelo menos o aglutinogênio A e 122 alunos têm pelo menos o aglutinogênio B. A partir destes dados, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. Dentre os 483 alunos, há mais de 200 doadores universais. 02. Dentre os 483 alunos, 35 são receptores universais. 04. Em qualquer grupo de 350 alunos, sempre há pelo menos um doador universal. 08. Há 364 alunos nesta escola que não podem doar sangue para uma pessoa do grupo sanguíneo O. 16. Nesta escola, há mais de 200 alunos com tipo sanguíneo A ou B. 05. (Fatec SP) Durante a Idade Média, era comum o procedimento chamado de transfusão braço a braço, no qual uma pessoa tinha uma de suas artérias do braço conectada diretamente, por meio de um tubo, à veia de outra pessoa. Muitos pacientes faleciam ao receber a transfusão de sangue dessa forma, devido ao desconhecimento, na época, das complicações relacionadas à incompatibilidade de sangues no sistema ABO. Considere que um médico desse período estivesse com um paciente necessitando urgentemente de uma transfusão de sangue e que havia cinco indivíduos à disposição para fazer a doação, via transfusão braço a braço. Suponha que os tipos sanguíneos das pessoas envolvidas nessa situação eram os seguintes: Tipo sanguíneo Paciente

Indivíduo 1

Indivíduo 2

Indivíduo 3

Indivíduo 4

Indivíduo 5

C13  Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal

01. (UFRGS) Assinale a alternativa que preenche corretamente

Se o médico tivesse de escolher, aleatoriamente, um dos cinco indivíduos para realizar a transfusão, a probabilidade de que o paciente recebesse um sangue compatível, com relação ao sistema ABO, seria de a) 20%. b) 40%. c) 60%. d) 80%. e) 100%.

Biologia

Exercícios Complementares 01. (Enem MEC) Uma mulher deu à luz o seu primeiro filho e, após o parto, os médicos testaram o sangue da criança para a determinação de seu grupo sanguíneo. O sangue da criança era do tipo O+. Imediatamente, a equipe médica aplicou na mãe uma solução contendo anticorpos anti-Rh, uma vez que ela tinha o tipo sanguíneo O-. Qual é a função dessa solução de anticorpos? a) Modificar o fator Rh do próximo filho. b) Destruir as células sanguíneas do bebê. c) Formar uma memória imunológica na mãe. d) Neutralizar os anticorpos produzidos pela mãe. e) Promover a alteração do tipo sanguíneo materno. 02. (Enem MEC) Antes de técnicas modernas de determinação de paternidade por exame de DNA, o sistema de determinação sanguínea ABO foi amplamente utilizado como ferramenta para excluir possíveis pais. Embora restrito à análise fenotípica, era possível concluir a exclusão de genótipos também. Considere que uma mulher teve um filho cuja paternidade estava sendo contestada. A análise do sangue revelou que ela era tipo sanguíneo AB e o filho, tipo sanguíneo B. O genótipo do homem, pelo sistema ABO, que exclui a possibilidade de paternidade desse filho é a) IAIA . b) IAi. c) IBIB . d) IBi. e) ii.

C13  Grupos sanguíneos e Eritroblastose fetal

03. (FCM MG) (...) “O resultado é péssimo se os anticorpos da mãe começam a entrar na circulação do feto. Normalmente são anticorpos incompletos, extremamente ativos, que causarão a hemólise. Apesar da anemia secundária, e eliminação do principal metabólito da hemoglobina (isto é, bilirrubina), aumenta a concentração dela no sangue até uns níveis de 18 mg%, o que, geralmente causará icterícia nuclear (o tecido nervoso tendo uma grande afinidade para a bilirrubina). Parece que somente a bilirrubina indireta é tóxica para os neurônios, impedindo a oxigenação deles. Desse jeito, a hipóxia, junto com a ação das aglutininas sobre os endotélios, causa um aumento da permeabilidade dos endotélios, extravasão de proteínas e síndrome edematosa.” (...) http://www.misodor.com/DHPN.html

O fragmento de texto acima está relacionado com todas as indicações abaixo, EXCETO. a) Incompatibilidade sanguínea materno-fetal. b) Gestação de filhos Rh− por mães Rh+ . c) Doença hemolítica do recém-nascido. d) Eritroblastose fetal.

04. (PUC Campinas SP) Considere a observação abaixo, sobre um casal e seus filhos: Um homem de tipo sanguíneo A tem dois filhos com uma mulher de tipo sanguíneo B. O primeiro filho do casal apresenta tipo sanguíneo AB e o segundo filho é do tipo A. A partir dessa observação, são feitas as seguintes afirmações: I. A mãe é heterozigótica. II. No caso de um acidente, os dois filhos podem doar sangue para o pai. III. Os dois filhos são heterozigóticos. Está correto o que se afirma em a) I, apenas. b) I e III, apenas. c) II e III, apenas. d) I e II, apenas. e) I, II e III. 05. (UFRGS) Um casal tem dois filhos. Em relação ao sistema sanguíneo ABO, um dos filhos é doador universal e o outro, receptor universal. Considere as seguintes possibilidades em relação ao fenótipo dos pais. I. Um deles pode ser do grupo A; o outro, do grupo B. II. Um deles pode ser do grupo AB; o outro, do grupo O. III. Os dois podem ser do grupo AB. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas II e III. e) I, II e III. 06. (Enem MEC) Um jovem suspeita que não é filho biológico de seus pais, pois descobriu que o seu tipo sanguíneo é ORh negativo, o de sua mãe é B Rh positivo e de seu pai é A Rh positivo. A condição genotípica que possibilita que ele seja realmente filho biológico de seus pais é que a) o pai e a mãe sejam heterozigotos para o sistema sanguíneo ABO e para o fator Rh. b) o pai e a mãe sejam heterozigotos para o sistema sanguíneo ABO e homozigotos para o fator Rh. c) o pai seja homozigoto para as duas características e a mãe heterozigota para as duas características. d) o pai seja homozigoto para as duas características e a mãe heterozigota para o sistema ABO e homozigota para o fator Rh. e) o pai seja homozigoto para o sistema ABO e heterozigoto para o fator Rh e a mãe homozigota para as duas características.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C14

GENÉTICA: SISTEMAS DE DETERMINAÇÃO DO SEXO

ASSUNTOS ABORDADOS n Genética: sistemas de determi-

nação do sexo

A determinação do sexo nos organismos pode ocorrer por meio de cromossomos sexuais, pela ploidia (número de lotes cromossômicos) ou por uma condição ambiental (fator abiótico).

n Determinação cromossômica do sexo n Determinação do sexo relacionada ao ambiente

Uma das principais descobertas para a compreensão da determinação sexual foi a dos cromossomas sexuais no início de 1900. Nettie Maria Stevens, uma brilhante cientista norte-americana, desvendou a determinação do sexo dos organismos, identificando os cromossomos sexuais X e Y. Ao estudar o bicho-da-farinha (Tenebrio molitor), ela descobriu que os machos continham células reprodutivas com cromossomos X e Y, enquanto que as fêmeas apenas células com X. Ela concluiu que o sexo é hereditário como um fator cromossômico e que os machos determinam o sexo da prole. Essa descoberta publicada em 1905 foi também a primeira demonstração de um elo entre uma característica física (sexo) e diferenças nos cromossomos. Genes, situados em cromossomos sexuais, são responsáveis pela definição do sexo na maioria das espécies.

n Determinação do sexo relacionada à ploidia n Mutações cromossômicas

Fonte: Wikimedia Commons

n Principais síndromes cromossômicas numéricas humanas

Figura 01 - Nettie Stevens trabalhando em 1909. Imagem: Bryn Mawr Special Collections.

Biologia

Determinação cromossômica do sexo Sistema XY O sistema XY ocorre com a maioria dos vertebrados, inclusive mamíferos, em muitos invertebrados e nas plantas com flores. Na espécie humana, as células somáticas apresentam 46 cromossomos sendo 44 autossomos e 2 heterossomos ou alossomos (cromossomos sexuais). No homem, o par sexual é nomeado XY e na mulher XX. A

12 F

Figura 02 - Cariótipo masculino: observe o 23º par cromossômico constituído por dois cromossomos morfologicamente diferentes: X e Y.

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

G 21

Figura 03 - Cariótipo feminino: observe o 23º par cromossômico constituído por dois cromossomos morfologicamente iguais: X e X.

100

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

A determinação inicial do sexo ocorre na fecundação, com a presença dos cromossomos sexuais transmitidos pelos gametas parentais. Os gametas, células haploides, são formados por um processo de meiose durante a gametogênese. Dessa forma, na espermatogênese é produzido, em igual proporção, gameta portando o cromossomo X e gameta portando o cromossomo Y. Na ovulogênese, todos os gametas gerados são portadores do cromossomo X. Assim, a mulher é o sexo homogamético e o homem é o sexo heterogamético. Se o espermatozoide que fecundou o óvulo apresenta um cromossomo X, o indivíduo gerado desenvolve ovários e, consequentemente, produz hormônios femininos. Se o espermatozoide apresenta cromossomo Y, o indivíduo gerado é do sexo masculino. Isso se deve à presença do gene SRY no cromossomo Y que leva ao desenvolvimento dos testículos e a produção de hormônios masculinos.

Complemento cromossômico diploide do macho XX

Meiose produz dois pos de espermatozoide

Sexo é determinado pelo po de espermatozoide fecundante

Complemento cromossômico diploide da fêmea

Meiose produz um único po de óvulo

= autossomos = cromossomos sexuais

Figura 04 - Fecundação: formação do zigoto XX e XY.

Sistema XO

Algumas espécies de insetos como, por exemplo, os gafanhotos, não apresentam cromossomos Y. Nesses casos, as fêmeas possuem um par de cromossomos homólogos XX, enquanto os machos têm um único cromossomo X. Esse sistema de determinação de sexo é denominado de X0, sendo o zero indicativo da ausência de um cromossomo sexual o que impõe aos machos a condição de sempre possuir um cromossomo a menos que as fêmeas. O que ocorre em alguns insetos, especialmente, em percevejos, gafanhotos e baratas. Os machos, nesse caso, constituem o sexo heterogamético, pois formam, por meiose, dois tipos de espermatozoides, sendo metade portadora do cromossomo X e a outra metade sem cromossomo sexual X.

22 + X

11 + X

22 + XX

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

22 + XX

11 + X

22 + X

Figura 05 - Fecundação: formação do zigoto XX e X0.

101

Biologia

Sistema ZW Esse sistema de determinação cromossômico do sexo ocorre em diversas espécies de répteis, em algumas espécies de peixes, anfíbios, algumas espécies de aves e algumas espécies de insetos. Nesse sistema, o indivíduo macho é ZZ, portanto, só produz um tipo de gameta (sexo homogamético) e a fêmea é ZW, produzindo gametas Z ou W (sexo heterogamético).

76 + ZZ

38 + Z 38 + Z

38 + Z

38 + ZW

38 + ZZ

Fêmea

Macho Figura 06 - Fecundação: formação do zigoto ZZ e ZW.

Determinação do sexo relacionada ao ambiente Em algumas espécies de crocodilos, jacarés, tartarugas e lagartos, o sexo da prole depende da temperatura de incubação dos ovos. Observe o gráfico a seguir que ilustra esse fenômeno. 100

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

Porcentagem de fêmeas

80 60 40

20 0 18

Temperatura da incubação (oC) Figura 07 - Relação entre a temperatura de incubação e a razão sexual da tartaruga-mordedora (Chelydra serpentina), uma espécie de água doce. Machos são gerados em temperaturas intermediárias e fêmeas em temperaturas altas e baixas.

102

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Determinação do sexo relacionada à ploidia

1.0 Proporção de fêmeas

Nas tartarugas marinhas, por exemplo, se os ovos forem incubados a temperaturas mais baixas, os indivíduos que eclodirem serão machos, se os ovos forem incubados em temperaturas altas, os indivíduos serão fêmeas. Nos lagartos e jacarés, ocorre o contrário. Nessas espécies, embriões submetidos a temperaturas mais altas produzem machos e quando submetidos a temperaturas mais baixas, resultam em fêmeas.

O haplodiploidismo é um complexo mecanismo de determinação de sexo descrito para himenópteros (formigas, abelhas e vespas) e está relacionado à partenogênese. A condição haploide determina o sexo masculino e a condição diploide determina o sexo feminino.

Legenda tartarugas

0.5

lagartos

0.0 24

Temperatura da incubação ( C) o

A partenogênese é o processo de desenvolvimento de embriões, Figura 08 - Relação entre a temperatura de incubação dos ovos de tartarugas marinhas e lagartos e a proporção de fêmeas geradas. a partir de óvulos não fecundados. Os indivíduos formados possuem apenas cromossomos de origem materna e são haploides (n). Em abelhas, por exemplo, os indivíduos resultantes da partenogênese são os zangões que, por serem haploides, produzem gametas por mitose. As fêmeas são provenientes da união de um óvulo com um espermatozoide (fecundação). As fêmeas podem ser férteis (rainhas) ou estéreis (operárias), e isso é determinado pelo tipo de alimentação que recebem durante o período larval, dentro da colmeia. 32

Zangão

Rainha

16 16

Zangão 16

16 16

Operária 32

Rainha 32 C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

Figura 09 - Reprodução das abelhas. Óvulos fecundados resultam em fêmeas e óvulos não fecundados resultam em zangões.

Em alguns casos de partenogênese, mesmo não ocorrendo fecundação, os seres partenogenéticos são diploides. Isso ocorre devido à ocorrência de mitose para formação dos óvulos ou os mesmos duplicam seu material genético. Os genes autossômicos, assim como o número de lotes cromossômicos presentes nas células, também exercem influência na determinação do sexo. A mosca das frutas Drosophila melanogaster tem oito cromossomos: três pares de autossomos e um par de cromossomo sexual. O cromossomo X contém genes com efeitos produtores de feminilidade, enquanto os autossomos contêm genes com efeitos masculinizantes. Consequentemente, o sexo da mosca é determinado por uma proporção: o número de cromossomo X dividido pelo número de conjuntos haploides de cromossomos autossômicos (balanço gênico). O cromossomo Y não participa da determinação sexual, somente da condição de fertilidade do macho. 103

Biologia

A Tabela 1 apresenta alguns complementos cromossômicos diferentes em Drosophila e seus fenótipos sexuais associados.

Índice Sexual

Sexo

I.S. <0,5

Supermacho

I.S. = 0,5

Macho normal

0,5 < I.S < 1

Intersexuado

I.S. = 1

Fêmea normal

I.S. > 1

Superfêmea

Tabela 01 - Balanço gênico da mosca Drosophila gerando o índice sexual.

Mutações cromossômicas As mutações cromossômicas podem ser numéricas ou estruturais. Mutações estruturais Nas mutações estruturais, segmentos de cromossomos podem ser perdidos, duplicados ou rearranjados. Essas mutações não modificam a quantidade de cromossomos do organismo, mas determinam o aparecimento de cromossomos com alterações na sua estrutura. As principais mutações cromossômicas estruturais serão descritas a seguir. Deleção Na deleção observam-se a quebra e a perda de fragmentos. A síndrome “cri-du-chat” ou do “miado agudo de gato” é um exemplo de fenótipo resultante de uma mutação estrutural do tipo deleção. Os portadores apresentam deleção parcial do braço curto do cromossomo 5 e apresentam um choro semelhante ao miado agudo de um gato. Além disso, são frequentes manifestações como microcefalia e retardo mental. 4

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

Deleção Figura 10 - Desenho esquemático de um cromossomo com mutação por deleção.

1 2 3 4

5 6 7 8 9 10 11

5 9 8 7 6 10 11

104

Inversão O cromossomo sofre quebra em dois pontos e o segmento solto se solda ao mesmo cromossomo, regressando, invertido, a sua posição original. Como consequência, ocorre inversão da ordem dos genes, provocando erros na leitura desses genes. Assim sendo, um cromossomo com uma inversão possui um segmento que foi alternado em orientação oposta.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Duplicação O cromossomo apresenta um ou mais genes em dose dupla, aumentando, consequentemente, a quantidade de informação genética e acarretando uma leitura dupla de genes. O efeito fenotípico da duplicação depende da extensão de material cromossômico envolvido, no que se refere ao número de genes e ao número de cópias. De modo geral, as consequências de uma duplicação são bem mais toleradas, pois não há falta de material genético. 4

4 3

Duplicação Figura 11 - Desenho esquemático de um cromossomo com mutação por duplicação.

Translocação Tipo de mutação cromossômica em que um cromossomo possui um segmento de outro não homólogo. Os cromossomos resultantes são denominados cromossomos derivados e surgem após quebras entre cromossomos diferentes. Ela prejudica a expressão dos genes, ocasionando a leitura errada da informação genética. Cromossomos não homólogos

1 1

7 Translocação recípocra

Figura 12 - Desenho esquemático de um cromossomo com mutação por translocação recíproca.

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

Mutações numéricas As mutações cromossômicas numéricas ou aneuploidias ocorrem em consequência da fecundação de gametas portadores de número alterado de cromossomos. No processo da meiose, assim como na mitose, pode ocorrer a distribuição incorreta de um ou mais cromossomos. Esse fenômeno é conhecido como não disjunção cromossômica. Caso a não disjunção ocorra durante a meiose I, uma das células-filha acaba recebendo dois cromossomos homólogos que não se separaram. Caso a não disjunção cromossômica ocorra durante a segunda etapa da meiose (meiose II), uma das células-filha recebe duas cromátides irmãs que não se separaram. Dessa forma, o que se observa é a formação de gametas com excesso ou falta de cromossomo que, caso sejam fecundados, produzem indivíduos portadores de síndromes cromossômicas numéricas. Uma dessas situações possíveis é a monossomia que significa a falta de um cromossomo nas células do organismo. A trissomia caracteriza-se pela presença de um cromossomo a mais nas células do organismo. 105

Biologia

A maioria dessas alterações cromossômicas é letal e, por isso, o embrião acaba morrendo precocemente. Ainda assim, existem aberrações cromossômicas que são compatíveis com a vida. O número de eventos em que se verificam não disjunções cromossômicas na formação dos gametas humanos aumenta consideravelmente em mulheres com idade superior a 35 anos. Dessa forma, existe um risco maior de mulheres nessa idade gerarem crianças portadoras de aneuploidias.

Meiose I Normal

Não disjunção

Meiose II Normal

Gametas com cromossomo a mais

Normal

Gametas faltando cromossomo

Normal

Gametas normais

Não disjunção

Gametas Gametas faltando com cromossomo cromossomo a mais

Figura 13 - Desenho esquemático do processo de meiose, durante a gametogênese, com erros de não disjunção.

Principais síndromes cromossômicas numéricas humanas Síndrome de Turner Monossomia do cromossomo X; cariótipo: 45, X0; mulher, geralmente estéril. A proporção estatística é de 1 para 5 000 nascimentos do sexo feminino. Sinais clínicos: pescoço curto e largo (alado), baixa estatura, ausência da maturação sexual, anomalias renais e cardiovasculares, lentidão no desenvolvimento cognitivo. A

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

E 15

F 19

G 20

Figura 14 - Cariótipo de mulher portadora da síndrome de Turner; observe a presença de apenas um cromossomo sexual X.

Síndrome de Klinefelter Condição genética em que um homem nasce com uma cópia extra do cromossomo X. Homem, geralmente estéril, com cariótipo- 47, XXY. É uma trissomia dos cromossomos sexuais e apresenta uma frequência de 1 em cada 660 pessoas do sexo masculino. Sinais clínicos: alterações no desenvolvimento físico e cognitivo, ginecomastia (desenvolvimento de mamas), falta de pelos pelo corpo, testículos e pênis pequenos. 106

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

minino. É fenotipicamente normal, pode ser fértil e entrar na menopausa precocemente, apresenta problemas cognitivos e elevada estatura. 1

Síndrome de Patau Trissomia do cromossomo 13 é, portanto, uma síndrome autossômica; cariótipo com 47 cromossomos. Sinais clínicos: cabeça pequena, olhos afastados, orelhas deformadas, com frequência ocorrem fenda labial e palato fendido, malformação grave do coração, retardamento mental acentuado e baixa expectativa de vida. Síndrome de Edwards

Figura 15 - Cariótipo de homem portador da síndrome de Klinefelter: diagnóstico pela presença de três cromossomos sexuais.

Síndrome do Duplo Y É uma trissomia dos cromossomos sexuais. São homens que apresentam dois cromossomos Y em suas células e, portanto, têm cariótipo- 47, XYY. Apresenta uma frequência de 1 em cerca de 1 000 nascimentos do sexo masculino. É um indivíduo fenotipicamente normal e é fértil, há relativa frequência de problemas comportamentais como distração, hiperatividade; em geral, apresenta elevada estatura e alteração na taxa de testosterona. Síndrome do triplo X Anormalidade que resulta em um cromossomo X extra em algumas mulheres, e por isso, trata-se de uma trissomia dos cromossomos sexuais: cariótipo- 47, XXX. Apresenta uma frequência de 1 em cada 1 000 nascimentos do sexo fe-

Trissomia do cromossomo 18 é, portanto, uma síndrome autossômica; cariótipo com 47 cromossomos. Sinais clínicos: cabeça pequena e estreita, olhos afastados, boca e queixos pequenos, lábio leporino, pés deformados, anomalias graves no coração, atraso no desenvolvimento neuropsicomotor, baixa expectativa de vida. Síndrome de Down Trissomia do cromossomo 21 é, portanto, uma síndrome autossômica; cariótipo com 47 cromossomos. Apresenta uma frequência de 1 em 1 000 nascimentos. Sinais clínicos: deficiência mental em grau variável, fendas palpebrais mongoloides, língua grande e grossa, pescoço curto e grosso, alterações cardiológicas, uma única linha transversal na palma da mão. A síndrome de Down também pode ter como causa uma mutação do tipo translocação, entre o cromossomo 21 e o 14, em um dos gametas parentais. Assim, o organismo gerado pela fecundação desse gameta anormal terá trissomia do cromossomo 21.

SAIBA MAIS

107

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

O QUE É A CROMATINA SEXUAL? A cromatina sexual ou corpúsculo de Barr corresponde a um cromossoma X condensado durante a intérfase celular. Essa condensação torna esse cromossoma inativado. Seus genes, portanto, não são transcritos nem traduzidos, Dessa maneira, o número de cromossomas X no homem e na mulher se igualam, fenômeno conhecido como “compensação de dose”. A inativação do X é aleatória, ou seja, pode ser inativado o cromossoma X que veio do pai ou o cormossoma X que veio da mãe. Na micoscopia óptica, as células das fêmeas apresentam uma mancha escura que se destaca do restante da cromatina, essa mancha é a cromatina sexual. Normalmente os machos não apresentam em suas células a cromatina sexual, porém, na espécie humana, homens portadores da síndrome de Figura 16 - Cromatina sexual indicada no núcleo Klinefelter (47, XXY), apresenteam uma cromatina sexual. Os indivíduos com síndrome do glóbulo branco humano. de Turner (47,XO) não apresentam cromatina sexual, apesar de serem fenotipicamente mulheres. Mulheres portadoras de trissomia do X, ou síndrome do Triplo X (47, XXX) apresentam em suas células a cromatina sexual, porém, na espécie humana, homens portadores da síndrome de Klinefelter (47, XXY), apresentam uma cromatina sexual. Os indivíduos com síndrome de Turner (47, XO) não apresentam cromatina sexual, apesar de serem fenotipicamente mulheres. Mulheres portadores de trissomia do X, ou síndrome do Triplo X (47, XXX) apresentam duas cromatinas sexuais no núcleo de suas células. É possível diagnosticar o sexo de um indivíduo, em casos duvidosos, por meio da análise de células em inérfase e visualização da cromatina sexual.

Biologia

corda em am s,

Exercícios de Fixação

Coluna A

Coluna B

1. Aves

(

) X0

2. Abelhas Melíferas

(

) XY

3. Gafanhoto

(

) ZW

4. Homem

(

) Haplodiploide

100

Porcentagem de fêmeas

01. (UECE) Numere a coluna B de acordo com a coluna A associando cada tipo de organismo ao seu sistema de determinação do sexo.

80 60 40 20 0

Assinale a alternativa que contém a sequência correta, de cima para baixo. a) 1; 2; 3; 4. b) 2; 3; 4; 1. c) 4; 1; 3; 2. d) 3; 4; 1; 2. 02. (UFSM) Uma senhora está grávida e deseja adquirir conhecimento a respeito da saúde do seu futuro bebê. Após um exame, ela fica sabendo que seu filho terá uma mutação cromossômica. Célula em Anáfase

Temperatura de incubação (°C)

Considere que a faixa de temperatura representada no gráfico pode ser aproximada pela parábola de equação p = 4T2 – 200T + 2 500, em que p corresponde à porcentagem de nascimento de fêmeas e T à temperatura em °C. Suponha que, nesses animais, o gene SXD determine o aparecimento e o desenvolvimento do aparelho reprodutor feminino. Nessas condições, segundo o gráfico, a) a temperatura de 20 °C reprime a expressão gênica do SXD. b) a temperatura de 30 °C estimula a transcrição gênica do SXD. c) o intervalo entre 20 e 25 °C é ideal para a expressão gênica do SXD. d) o intervalo entre 24 e 26 °C é ideal para estimular a transcrição gênica do SXD. e) o intervalo entre 26 e 30 °C é ideal para inibir a recombinação gênica do SXD. 04. (Cefet MG) Analise a imagem a seguir do cariótipo de um indivíduo que apresenta uma anomalia.

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

Divisão celular

As mutações cromossômicas que correspondem ao resultado da divisão celular em 1 e 2 são, respectivamente, a) trissomia — monossomia. b) diploidia — haploidia. c) triploidia — haploidia. d) tetrassomia — trissomia. e) trissomia — diploidia. 03. (UFG GO) Em algumas espécies, os genes determinadores do sexo são afetados pelo ambiente. O gráfico a seguir mostra a porcentagem de nascimento de fêmeas de uma espécie de quelônio em resposta à variação térmica durante o período de incubação dos ovos.

108

A causa dessa anomalia é a ocorrência de a) deleção do cromossomo Y. b) curvatura nos cromossomos. c) troca de partes entre os cromossomos. d) alteração nos tamanhos dos cromossomos. e) ausência de disjunção cromossômica na meiose.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

02. (PUC PR) Algumas mutações genéticas, como a síndrome de Down, ocorrem quando um segmento de um cromossomo se prende a outro cromossomo que não é o seu homólogo. Assim, não necessariamente a síndrome de Down é causada por uma trissomia livre do cromossomo 21, mas também pode ser causada pela situação descrita, que é uma a) duplicação. b) translocação. c) deleção. d) inversão pericêntrica. e) inversão acêntrica. 03. (UPF) Considere o cariótipo humano apresentado na figura abaixo. Assinale a única alternativa que contém informações corretas sobre ele.

a) Refere-se a um indivíduo triploide, do sexo feminino. b) Pertence a um portador de uma trissomia, a qual ocorre apenas em indivíduos do sexo feminino. c) Apresenta um caso de alteração cromossômica numérica classificada como euploidia. d) Pertence a um portador de trissomia autossômica, causada por erro na segregação cromossômica durante a meiose.

e) Refere-se a um indivíduo haploide, devido à ausência do cromossomo Y. 04. (FCM MG) Conhecendo a constituição e o funcionamento dos diferentes indivíduos de uma sociedade de abelhas, podemos afirmar, EXCETO. a) Os zangões são haploides, pois se originam pelo processo de Partenogênese. b) Os óvulos produzidos por uma abelha rainha é fruto de uma divisão mitótica. c) A diferença entre abelhas operárias e rainhas se verifica antes mesmo do nascimento, através da alimentação especial. d) A abelha rainha mais velha poderá produzir apenas zangões se esgotar seu estoque de espermatozoides. 05. (Enem MEC) A cariotipagem é um método que analisa células de um indivíduo para determinar seu padrão cromossômico. Essa técnica consiste na montagem fotográfica, em sequência, dos pares de cromossomos e permite identificar um indivíduo normal (46, XX ou 46, XY) ou com alguma alteração cromossômica. A investigação do cariótipo de uma criança do sexo masculino com alterações morfológicas e comprometimento cognitivo verificou que ela apresentava fórmula cariotípica 47, XY, +18. A alteração cromossômica da criança pode ser classificada como: a) estrutural, do tipo deleção. b) numérica, do tipo euploidia. c) numérica, do tipo poliploidia. d) estrutural, do tipo duplicação. e) numérica, do tipo aneuploidia. 06. (UFRGS) Em julho de 2013, pesquisadores da Universidade de Massachusetts publicaram um artigo, demonstrando ser possível desligar o cromossomo 21 extra, responsável pela Síndrome de Down. Os autores mimetizaram o processo natural de desligamento cromossômico conhecido para mamíferos. Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações abaixo, referentes a esse processo natural. ( ) O desligamento cromossômico ocorre em fêmeas. ( ) O cromossomo desligado naturalmente é o X. ( ) O corpúsculo de Barr corresponde a um autossomo específico de fêmeas. ( ) O desligamento cromossômico ocorre a partir da puberdade. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é a) V – V – F – F. b) V – F – V – F. c) F – V – V – F. d) F – F – V – V. e) V – F – F – V.

109

C14  Genética: sistemas de determinação do sexo

01. (Enem MEC) Em um hospital, acidentalmente, uma funcionária ficou exposta a alta quantidade de radiação liberada por um aparelho de raios X em funcionamento. Posteriormente, ela engravidou e seu filho nasceu com grave anemia. Foi verificado que a criança apresentava a doença devido à exposição anterior da mãe à radiação. O que justifica, nesse caso, o aparecimento da anemia na criança? a) A célula-ovo sofreu uma alteração genética. b) As células somáticas da mãe sofreram uma mutação. c) A célula gamética materna que foi fecundada sofreu uma mutação. d) As hemácias da mãe que foram transmitidas à criança não eram normais. e) As células hematopoiéticas sofreram alteração do número de cromossomos.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C15

ASSUNTOS ABORDADOS n Herança relacionada ao sexo n Herança ligada ao sexo n Herança restrita ao sexo n Herança limitada pelo sexo n Herança influenciada pelo sexo

HERANÇA RELACIONADA AO SEXO Os cromossomos sexuais X e Y dos mamíferos têm pequena homologia (aproximadamente 5% na espécie humana) e, portanto, deve-se esperar que os padrões de herança relacionados ao sexo do indivíduo sejam diferentes daqueles dos autossomos. A maioria dos genes presentes no cromossomo X está em uma região não homóloga ao Y. Na espécie humana, o sexo feminino é homogamético e, portanto, possui genes correspondentes nos dois cromossomos. Dessa forma, as mulheres podem ser homozigotas ou heterozigotas para os genes presentes no cromossomo sexual X. Nos machos, sexo heterogamético, esses genes existem em dose única. Essa situação é denominada hemizigose. Logo, espera-se que os fenótipos recessivos resultantes de genes no cromossomo X apareçam com mais frequência nos machos, já que um único gene no cromossomo X é o suficiente para expressão desse gene. Durante a meiose, na espermatogênese, a possibilidade de permutação é pequena, uma vez que somente na extremidade do cromossomo X e Y, há homologia.

Região homóloga entre X e Y

Herança ligada ao X Região não homóloga entre X e Y Y

Herança restrita ao sexo

Figura 01 - Regiões homólogas e não homólogas entre os cromossomos sexuais X e Y.

Os genes localizados, exclusivamente, no cromossomo X são denominados genes ligados ao sexo ou genes ligados ao X, e define a herança ligada ao X ou ligada ao sexo. Já os genes que ocorrem apenas no cromossomo Y só produzem efeitos nos machos. São os genes holândricos, e esse tipo de herança é conhecida como herança restrita ao sexo. Assim como no sistema XY, também ocorre ausência de homologia entre os cromossomos sexuais ZW e o indivíduo hemizigótico é a fêmea ZW. No sistema X0, o macho é o indivíduo hemizigótico. A herança ligada ao sexo e restrita ao sexo estende-se para os demais sistemas cromossômicos de determinação do sexo. Existem ainda outros mecanismos pelos quais um dado caráter é limitado a um dos sexos (genes limitados ao sexo), ou mesmo em que a dominância de um alelo dependa do sexo do portador (genes influenciados pelo sexo). 110

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Herança ligada ao sexo O cromossomo X possui aproximadamente 2 000 genes e compõe, aproximadamente, 5% do DNA total nas mulheres e 2,5% nos homens. Na população humana, doenças como hemofilia, distrofia muscular progressiva ou mesmo alterações na definição visual de cores, como o daltonismo, são condicionadas por genes recessivos localizados no cromossomo X. Esses genes não possuem alelos no cromossomo Y, portanto, essa herança é muito mais frequente entre os homens. Uma mulher precisaria de dois alelos recessivos, um em cada cromossomo X, para que ocorresse a manifestação da alteração. Em caso de herança dominante ligada ao cromossomo X, não há diferença na frequência de mulheres ou de homens afetados. Tratando-se de genes recessivos ligados ao X, o risco de um filho homem ser afetado quando sua mãe carrega um gene alterado em um de seus cromossomos X (mulher portadora ou heterozigota) é de 50%. As filhas têm 50% de chance de serem portadoras do gene recessivo, mas, precisam receber o gene proveniente do pai para manifestar o fenótipo recessivo. Em humanos, conhecem-se mais de 150 caracteres confirmados ou altamente prováveis de serem ligados ao X. Dentre eles, podem-se citar duas formas de diabetes insípido, uma forma de displasia ectodérmica anidrótica (ausência de glândulas sudoríparas e dentes), certas formas de surdez, nistagmo, atrofia óptica, glaucoma juvenil, além da distrofia muscular juvenil, daltonismo, hemofilia etc. Daltonismo

As mulheres podem ser homozigotas normais, heterozigotas ou homozigotas para o alelo defeituoso. Como as mulheres possuem dois cromossomos X, elas têm, portanto; uma probabilidade maior de receber o alelo normal de ao menos um dos pais e, por isso, a ocorrência dessa doença nas mulheres é mais rara. As mulheres heterozigotas variam no grau em que a visão de cores é afetada, pois depende da proporção de suas células retinais que expressam o alelo normal. Caso o alelo recessivo esteja no cromossomo inativado (corpúsculo de Barr), essa célula retinal obrigatoriamente expressa o gene para visão normal de cores. Já os homens têm maior chance de manifestar essa doença, pois recebem apenas um cromossomo X materno, que pode ter um alelo dominante (normal) ou um alelo recessivo (visão defeituosa para as cores vermelha e verde). Conhecem-se também outras formas de daltonismo, alguns ligados ao X e outros autossômicos.

Figura 02 - Existem testes para detectar daltonismo baseados em quadros formados por pontilhados. Nesse teste, uma pessoa normal lê 74 e uma daltônica, 21.

111

C15  Herança relacionada ao sexo

Um famoso exemplo é o daltonismo tipo verde-vermelho (daltonismo deutan), alteração da percepção visual caracterizado pelo não funcionamento dos cones, células fotorreceptoras da retina, responsáveis por diferenciar cores. O daltonismo é a incapacidade na distinção de algumas cores primárias, por exemplo, a situação em que a cor marrom é a indicação da leitura visual realizada por um portador daltônico, quando a real percepção deveria ser a verde ou vermelha. Esse tipo de confusão daltônica é a mais comum dentre os casos existentes. Sua incidência é, em média, vinte vezes mais comum em homens do que em mulheres.

Biologia

Para o daltonismo, têm-se os seguintes genes alelos: XD — determina normalidade; Xd — determina daltonismo. Genótipos

Fenótipos

XDY

Normal

Daltônico

XDXD

Normal

X X (portadora)

Normal

Daltônica

D d

d d

Tabela 01 - Genótipos e fenótipos relacionados à visão normal ou daltonismo.

Hemofilia Outro exemplo de condição recessiva ligada ao sexo é a hemofilia A e B. Esse distúrbio caracteriza-se pela coagulação do sangue deficiente ou ausente devido à falta de determinadas proteínas que participam do processo de coagulação sanguínea. Como essas proteínas – fatores de coagulação – atuam em cadeia, a ausência de uma delas torna a coagulação muito lenta e o indivíduo tem tendência a hemorragias. A hemofilia A caracteriza-se pela deficiência do fator VIII e a hemofilia B pela deficiência do fator IX. Esse distúrbio na coagulação tem como causa mutações nos genes que codificam os fatores VIII ou IX, respectivamente, ambos localizados no cromossomo X. A hemofilia A é mais frequente que a hemofilia B e acomete aproximadamente 1:10 000 nascimentos masculinos. Alelos: XH — determina normalidade; Xh — determina hemofilia.

C15  Herança relacionada ao sexo

Observe os genótipos no quadro a seguir Genótipos

Fenótipos

X HY

Normal

Hemofílico

X HX H

Normal

XHXh (portadora)

Normal

Hemofílica

h h

Tabela 02 - Genótipos e fenótipos relacionados à coagulação normal ou hemofilia.

112

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

SAIBA MAIS EXISTEM MULHERES HEMOFÍLICAS? Na fecundação, sempre ocorre a união de um cromossomo X, que vem da mãe, com um X ou Y do pai (é o que determina se a criança nascerá menino ou menina). A hemofilia – doença hereditária que provoca hemorragias prolongadas – ocorre quando há uma alteração no cromossomo materno, fazendo com que a mulher seja, portanto, a transmissora da doença. “Para que uma menina nasça hemofílica, é necessário que a mãe seja portadora de um cromossomo deficiente e o pai hemofílico também possua o X alterado. Por isso, a probabilidade é tão pequena”, afirma o hematologista José dos Santos Quintão, do Hospital de Clínicas de Belo Horizonte. Sempre que houver histórico de hemofilia na família, torna-se fundamental um aconselhamento genético como medida de prevenção. Se uma menina for diagnosticada hemofílica na infância, deve-se fazer um acompanhamento intenso, principalmente na época da primeira menstruação. Qualquer sangramento pode ser fatal. Hoje em dia, existem medicamentos industrializados que suprem, nos hemofílicos, os fatores responsáveis pela coagulação do sangue. “As perigosas transfusões de sangue não são mais usadas e esse medicamento é garantido pelo governo”, diz José. FONTE: Por Redação Mundo Estranho access_time4jul 2018, 20h13 - Publicado em 18 abr 2011, 18h57 SUPERINTERRESSANTE https://super.abril.com.br/

Distrofia muscular progressiva A distrofia muscular de Duchenne (DMD) é um distúrbio genético recessivo ligado ao cromossomo X que afeta, principalmente, crianças do sexo masculino. O gene recessivo é herdado pelo cromossomo X da mãe portadora, que é assintomática. A DMD caracteriza-se pela degeneração progressiva e irreversível da musculatura esquelética, levando a uma fraqueza muscular generalizada. As complicações respiratórias são as principais causas de morte. A incidência estimada no sexo masculino é de aproximadamente 1:3 000 nascidos vivos. As mutações que ocorrem no gene determinam a deficiência ou ausência da proteína distrofina na superfície da membrana da célula muscular. Antigamente, a pessoa portadora dessa doença sobrevivia, em média, até os 20 anos, mas hoje em dia com tratamento, isso mudou. Com as terapias e tratamento, hoje se pode viver até 40 e poucos anos. Alelos: XD — determina normalidade;

Genótipos

Fenótipos

XDY

Normal

Afetado

XDXD

Normal

X X (portadora)

Normal

Afetada

D d

d d

C15  Herança relacionada ao sexo

Xd — determina a distrofia muscular progressiva.

Tabela 03 - Genótipos e fenótipos relacionados à distrofia muscular progressiva (DMD).

113

Biologia

Herança restrita ao sexo Também chamada de herança holândrica, a herança restrita ao sexo é determinada por genes que ocorrem apenas no cromossomo Y, fora da região pseudoautossômica (homóloga ao cromossomo X) e, portanto, tais genes não são expressos nas fêmeas. Os genes exclusivos do cromossomo Y são passados diretamente do pai para o filho do sexo masculino. Portanto, nesse tipo de herança, todo homem afetado é filho de um homem também afetado; todos os seus filhos serão afetados, e as filhas serão normais. O gene SRY, responsável pela diferenciação dos testículos no embrião de mamíferos, é um tipo de herança restrita ao sexo. Esse gene está localizado em uma região do cromossomo Y que não tem homologia com o cromossomo X.

Herança limitada pelo sexo

C15  Herança relacionada ao sexo

Fonte: Wikimedia commons

Certos genes, localizados em cromossomos autossômicos, podem ter penetrância zero em um sexo e no outro ter penetrância elevada. Um exemplo é a hipertricose auricular (crescimento de pelos na orelha). Os genes desse caráter estão presentes tanto em homem quanto em mulher, mas só se expressa no homem.

Figura 03 - A hipertricose auricular

Herança influenciada pelo sexo Nessa categoria, incluem-se as características determinadas por genes localizados nos cromossomos autossomos cuja expressão é, de alguma forma, influenciada pelo sexo do portador. Essa herança ocorre predominantemente em um dos sexos. O grau de dominância dos genes autossômicos é influenciado pelo sexo do portador. Um alelo tem efeito dominante em um sexo e efeito recessivo em outro. 114

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Fonte: Wikimedia commons

Esse é o caso da calvície em humanos. O gene da calvície comporta-se como dominante em homens e recessivo em mulheres e parece exercer seu efeito no estado heterozigoto apenas na presença do hormônio masculino. Sendo assim, as mulheres com um gene para calvície e o outro normal (condição de heterozigose) não serão calvas, pois não produzem hormônio masculino.

Figura 04 - A calvície, ou alopecia, é dominante em homens e recessiva em mulheres.

Genótipos

Fenótipos

Não calvo

Calvo

Calva

Não calva

Tabela 04 - Genótipos e fenótipos relacionados a calvície.

SAIBA MAIS

115

C15  Herança relacionada ao sexo

MOSAICISMO E QUIMERISMO Quimerismo é um termo utilizado na biologia para referir-se a indivíduos que apresentam células geneticamente diferentes, devido à fusão de células de dois ou mais embriões. Em outras palavras, quimerismo é a fusão de dois ou mais gêmeos, formando um indivíduo apenas, composto por células com DNAs diferentes. Existem poucos casos registrados de quimerismo humano na literatura médica. O grande motivo para isso é que problemas geralmente surgem quando a quimera é formada pela fusão de zigotos de sexos diferentes. Nesse caso, surgem vários distúrbios no desenvolvimento sexual do indivíduo. Mosaicismo é o fenômeno biológico que apresenta uma semelhança com o quimerismo: um mesmo indivíduo apresenta células geneticamente diferentes. Porém, o motivo para isso é outro: não se trata de uma fusão de células de indivíduos diferentes como o quimerismo. Nesse caso, ocorre uma modificação genética – mutações gênicas ou cromossômicas – de células que são de um mesmo indivíduo. Assim, o indivíduo é composto por células geneticamente iguais à inicial e por células portadoras de mutações derivadas da célula inicial. Diversas disfunções genéticas têm demonstrado mosaicismo somático, como a síndrome de Down e neurofibromatose. Outro exemplo clássico de mosaicismo é o câncer. Uma célula neoplásica pode surgir de mutações somáticas em genes controladores da replicação celular ou da morte das células. Em mulheres heterozigotas para uma herança ligada ao sexo (XAXa), ocorre, frequentemente, um mosaico no corpo. É o caso da displasia ectodérmica anidrótica, doença relacionada à distribuição das glândulas sudoríparas. Em certas regiões da pele, o X inativado (corpúsculo de Barr) porta o gene dominante e as glândulas ocorrem, normalmente, em outras partes da pele. O cromossomo inativado é portador do gene recessivo, portanto, não há ocorrência normal das glândulas sudoríparas.

amas ocors na es (

Biologia

Exercícios de Fixação

altetêm o X, epre-

01. (UECE) Os cromossomos sexuais não são completamente homólogos, portanto deve-se esperar que os padrões de herança relacionados ao sexo sejam diferentes daqueles dos cromossomos autossômicos. Em relação à herança de genes localizados nos cromossomos sexuais, é correto afirmar que: a) na herança ligada ao cromossomo X, os genes estão localizados em uma região homóloga ao cromossomo Y. b) na herança limitada ao sexo, os genes expressam-se em ambos os sexos, porém de forma diferente, de acordo com o sexo do portador. c) a herança holândrica é determinada por genes que ocorrem no cromossomo Y, fora da região homóloga ao cromossomo X. d) a expressão dos genes autossômicos, na herança influenciada pelo sexo, é determinada pela presença ou ausência de hormônios sexuais.

C15  Herança relacionada ao sexo

02. (UEPG) Na maioria das espécies, os cromossomos sexuais possuem genes para determinação de sexo, além de outras informações. Assinale o que for correto a respeito dos cromossomos sexuais e das heranças ligadas ao sexo. 01. No homem, metade dos espermatozoides possui o cromossomo X e a outra metade o Y, sendo o sexo masculino heterogamético. Nas fêmeas, todos os óvulos apresentam cromossomo X, sendo então classificadas como homogaméticas. 02. O daltonismo é uma herança ligada ao sexo. Uma mulher de visão normal (XDXD ) casada com um homem daltônico (X dY) não terá nenhum filho(a) daltônico(a). 04. Na espécie humana há uma doença hereditária, a distrofia molecular de Duchenne, em que ocorre a degeneração e atrofia dos músculos. Essa doença é condicionada por um alelo mutante recessivo, localizado no cromossomo X. 08. A hemofilia é uma herança ligada ao sexo. Uma mulher com coagulação normal, mas portadora de um alelo mutante (XHXh ). casa-se com um homem com coagulação normal (XHY). A possibilidade dos(as) filhos(as) deste casal são de 100% de coagulação normal. 16. Homens daltônicos (X dY) terão todos os seus filhos do sexo masculino também daltônico, independente do genótipo da mulher. 03. (UFRGS) No bloco superior abaixo, estão citados dois termos utilizados na determinação do padrão de herança monogênica nas famílias; no inferior, os critérios envolvidos na descrição dos termos. Associe adequadamente o bloco inferior ao superior. 1. Autossômica. 2. Ligada ao X.

116

( ) Presença igual em homens e mulheres. ( ) Transmissão direta de homem para homem. ( ) Homens afetados terão todas as filhas afetadas, se a característica for dominante. ( ) Mulheres afetadas terão todos os filhos homens afetados, se a característica for recessiva. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é a) 1 – 2 – 2 – 1. d) 2 – 1 – 1 – 1. b) 1 – 1 – 2 – 2. e) 2 – 1 – 1 – 2. c) 1 – 2 – 2 – 2. 04. (UCPEL) Características mendelianas podem ser determinadas por loci em um cromossomo autossômico ou nos cromossomos sexuais X ou Y. Analise o padrão de herança abaixo: - afeta qualquer sexo, porém mais mulheres do que homens; - geralmente pelo menos um dos pais é afetado; - mulheres são mais moderadas e variavelmente afetadas que homens; - o filho de uma mulher afetada, independentemente de seu sexo, tem chance de 50% de ser afetado; - para um homem afetado, todas as suas filhas serão afetadas, mas seus filhos não. O padrão de herança acima é a) autossômico dominante. b) dominante ligado ao X. c) autossômico recessivo. d) recessiva ligada ao X. e) mitocondrial. 05. (Enem MEC) Os indivíduos de uma população de uma pequena cidade, fundada por uma família de europeus, são, frequentemente, frutos de casamentos consanguíneos. Grande parte dos grupos familiares dessa localidade apresenta membros acometidos por uma doença rara, identificada por fraqueza muscular progressiva, com início aos 30 anos de idade. Em famílias com presença dessa doença, quando os pais são saudáveis, somente os filhos do sexo masculino podem ser afetados. Mas em famílias cujo pai é acometido pela doença e a mãe é portadora do gene, 50% da descendência, independentemente do sexo, é afetada. Considerando as características populacionais, o sexo e a proporção dos indivíduos afetados, qual é o tipo de herança da doença descrita no texto? a) Recessiva, ligada ao cromossomo X. b) Dominante, ligada ao cromossomo X. c) Recessiva, ligada ao cromossomo Y. d) Recessiva autossômica. e) Dominante autossômica.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

02. (Mackenzie SP) A distrofia muscular de Duchenne é uma doença provocada por um gene recessivo presente no cromossomo X e é caracterizada pela degeneração progressiva e atrofia dos músculos esqueléticos e leva à morte antes do final da adolescência, impedindo que os indivíduos afetados se reproduzam. A esse respeito, considere as seguintes afirmativas: I. A frequência dessa doença é maior em homens do que em mulheres. II. Homens afetados são filhos de mulheres heterozigotas. III. Não há mulheres homozigotas para esse gene. Assinale a) se todas as afirmativas forem corretas. b) se somente as afirmativas I e II forem corretas. c) se somente a afirmativa I for correta. d) se somente as afirmativas II e III forem corretas. e) se somente a afirmativa II for correta. 03. (PUC RJ) Em uma espécie de inseto recém-descoberta, o fenótipo de asas reduzidas foi identificado com o padrão de herança dominante ligado ao X. O que se pode esperar de um cruzamento entre uma fêmea com asas reduzidas e um macho com asas de tamanho normal se o sexo (heterogamético) for o feminino? a) Toda a prole terá asas normais. b) Toda a prole terá asas reduzidas. c) Somente as fêmeas terão asas normais. d) Somente os machos terão asas normais. e) Somente as fêmeas terão asas reduzidas. 04. (Enem MEC) A distrofia muscular Duchenne (DMD) é uma doença causada por uma mutação em um gene localizado no cromossomo X. Pesquisadores estudaram uma família na

qual gêmeas monozigóticas eram portadoras de um alelo mutante recessivo para esse gene (heterozigóticas). O interessante é que uma das gêmeas apresentava o fenótipo relacionado ao alelo mutante, isto é, DMD, enquanto a sua irmã apresentava fenótipo normal. RICHARDS. C. S. et al. The American Journal of Human Genetics, n. 4, 1990 (adaptado).

A diferença na manifestação da DMD entre as gêmeas pode ser explicada pela: a) dominância incompleta do alelo mutante em relação ao alelo normal. b) falha na separação dos cromossomos X no momento da separação dos dois embriões. c) recombinação cromossômica em uma divisão celular embrionária anterior à separação dos dois embriões. d) inativação aleatória de um dos cromossomos X em fase posterior à divisão que resulta nos dois embriões. e) origem paterna do cromossomo portador do alelo mutante em uma das gêmeas e origem materna na outra. 05. (Mackenzie SP) Um homem daltônico e não polidáctilo, filho de pai e mãe polidáctilos, casa-se com uma mulher polidáctila e de visão normal, cujo pai era daltônico. O casal já tem uma filha normal para ambos os caracteres. A probabilidade desse casal ter um filho com o mesmo fenótipo da irmã é de: a) 1 8 b) 1 c) zero d) 1 4 e) 1 2 06. (Fatec SP) Leia o texto para responder à questão a seguir. Em uma espécie de felídeos, uma alteração anatômica na laringe permite que alguns indivíduos tenham a capacidade de rugir. Essa característica é determinada exclusivamente por um único par de genes, com herança dominante ligada ao sexo. Em um determinado zoológico, uma fêmea rugidora heterozigota está prenha de um macho incapaz de rugir, ambos da mesma espécie de felídeos. A probabilidade de que o filhote desse acasalamento seja uma fêmea rugidora, desprezando a ocorrência de mutações genéticas e de recombinações gênicas, é de: a) 0% . b) 25% . c) 50% . d) 75% . e) 100% .

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C15  Herança relacionada ao sexo

01. (UCS) Considerando que o alelo mutante (h) recessivo condiciona a não produção do fator de coagulação VIII e, consequentemente, a hemofilia, caracterizada por ser uma doença ligada ao cromossomo X, qual seria a chance da manifestação da hemofilia nos descendentes diretos de um cruzamento entre um homem hemofílico e uma mulher portadora, mas não hemofílica? a) Todos seriam hemofílicos. b) Nenhum seria hemofílico. c) As filhas seriam hemofílicas e os filhos não hemofílicos. d) 25% das filhas seriam hemofílicas e 25% dos filhos hemofílicos. e) 25% dos filhos seriam não hemofílicos e 75% das filhas hemofílicas.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C16

ASSUNTOS ABORDADOS n Herança poligênica e interação

gênica

n Interação gênica não epistática n Interação gênica epistática

HERANÇA POLIGÊNICA E INTERAÇÃO GÊNICA Há determinadas situações no organismo que uma única característica é definida conjuntamente por dois ou mais pares de genes alelos (herança poligênica) localizados em pares distintos de cromossomos homólogos, portanto, com segregação independente. Ocorre, entre esses pares de alelos, um processo chamado de interação gênica e ambos têm a responsabilidade na expressão de um único caráter diferentemente da situação, já discutida, no diibridismo, triibridismo (Segunda Lei de Mendel). Na segunda Lei, cada caráter é condicionado por um par de genes sem interação entre eles e com segregação independente. Os fenótipos expressos são também independentes um do outro. Assim, uma ervilha pode produzir sementes lisas e flor vermelha ou sementes lisas e flor branca ou sementes rugosas e flor vermelha. Tem um par de alelos trabalhando unicamente para a textura da raiz e outro par de alelos trabalhando unicamente para a cor da flor da ervilha. A distribuição fenotípica nos descendentes originados de cruzamento entre ervilhas produtoras de sementes lisas e de flores vermelhas, duplos heterozigotos é: 9:3:3:1. No espaço amostral de dezesseis descendentes desse cruzamento, nove são portadores dos dois fenótipos dominantes; três são portadores de um dos fenótipos dominantes, por exemplo, a textura lisa da semente; três são portadores do outro fenótipo dominante, por exemplo, a cor vermelha da flor da ervilha; e finalmente, um é portador dos dois fenótipos recessivos: semente rugosa e cor branca para a flor da ervilha. Quando uma única característica é controlada pela interação de dois ou mais genes, diz-se que esse fenótipo é resultado da interação gênica. Como não é apenas um gene que determina uma característica nos casos de interação, a análise dessas características, geralmente, não obedece às proporções mendelianas. Na interação gênica, por meio da análise de descendentes obtidos de cruzamentos, é possível descobrir quantos pares de genes estão envolvidos na expressão do caráter e qual tipo de relação existe entre eles. Existem dois tipos de interação gênica: epistática e não epistática.

SAIBA MAIS

Fonte: Wikimedia commons

QUAL CONDIÇÃO GENÉTICA SE OPÕE A INTERAÇÃO GÊNICA?

Figura 01 - Teste do pezinho no recém-nascido para diagnóstico da fenilcetonúria.

118

Pleiotropia é o fenômeno em que um único par de genes alelos condiciona o aparecimento de várias características no mesmo organismo. Essa situação é, rigorosamente, oposta à interação gênica. A pleiotropia mostra também que a ideia mendeliana, de que cada gene determina apenas uma característica, nem sempre é válida. Ocorre pleiotropia, por exemplo, na manifestação da cor da pelagem e no grau de agressividade dos camundongos, dois caracteres que são condicionados pelo mesmo par de genes. Desse fato, conclui-se que todo camundongo branco é manso, enquanto que os camundongos cinzentos são ariscos e indomesticáveis. Não há como recombinar esses caracteres nesses animais, pois o mesmo gene que faz o animal ser branco também o faz ser dócil e lerdo; o mesmo gene que o faz ser cinzento também o torna frágil e arisco. Na espécie humana, um exemplo típico de pleiotropia é a fenilcetonúria, condicionada por mutação em um único gene responsável pela tradução de uma enzima que metaboliza o aminoácido fenilalanina. Essa doença provoca múltiplos efeitos danosos ao organismo como diminuição da quantidade de pelos, efeito sobre a pigmentação da pele e redução da capacidade intelectual. Como a fenilcetonúria é uma doença metabólica de nascença, é no momento em que o bebê nasce que o diagnóstico é feito. Deve ser realizado de 48 horas após o nascimento até o 5º dia de vida. O exame responsável por isso é o famoso teste do pezinho, feito a partir do sangue coletado do calcanhar do neném.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Interação gênica não epistática As interações não epistáticas são aquelas em que os genes envolvidos produzem enzimas que atuam em vias metabólicas distintas. Nessa interação, dois ou mais loci interagem entre si produzindo um fenótipo sem que nenhum um alelo de um lócus mascare a expressão dos alelos de outros loci. A distribuição fenotípica nos descendentes originados de cruzamento entre duplos heterozigotos, no caso de interação gênica não epistática, é a mesma proporção obtida no caso de diibridismo: 9:3:3:1. Porém, diferentemente do diibridismo, essas proporções se referem a quatro fenótipos distintos para o mesmo caráter e não para caracteres diferentes. Como exemplo dessa interação, podemos citar a forma das cristas de galinha. Em galináceos, existem quatro tipos (fenótipos) de cristas: ervilha, rosa, noz e simples.

Noz

Rosa

Ervilha

Simples

Figura 01 - Tipos de cristas em galináceos: interação gênica não epistática.

Um gene dominante “E“ determina a crista ervilha, e o gene dominante ”R” determina a crista rosa. Quando ocorre a presença do gene E e R, acontece uma interação gênica e a crista é do tipo noz. Entretanto, se nenhum dos genes dominantes aparecer, a crista da galinha será simples. Os genótipos e os respectivos fenótipos do tipo de crista de galinhas seriam, portanto: Fenótipos

R_pp

Crista rosa

rrP_

Crista ervilha

R_P_

Crista noz

rrpp

Crista simples

Tabela 01 - Genótipos e fenótipos relacionados às cristas de galináceos.

Do cruzamento entre duas aves duplo homozigotas, uma com crista rosa e outra com crista ervilha obtém-se 100% da F1 duplo heterozigotas, com cristas noz. A autofecundação da F2 produzirá descendentes com cristas noz, rosa, ervilha e simples na proporção de 9:3:3:1, respectivamente.

(Rosa)

(Ervilha) 9 Noz (R_P_)

3 Rosa (R_pp)

Híbrido

3 Ervilha (rr P_)

X 100% Noz (RrPp)

1 Simples (rr pp)

Figura 02 - Cruzamento entre diíbridos produzindo descendência com distribuição fenotípica 9:3:3:1.

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C16  Herança poligênica e interação gênica

Genótipos

Biologia

Interação gênica epistática As interações epistáticas ocorrem quando dois ou mais genes envolvidos determinam a produção de enzimas que catalisam diferentes etapas de uma mesma via metabólica. Nesse caso, o número de classes fenotípicas nos descendentes originados de cruzamento entre duplos heterozigotos, sofre uma redução. Portanto, não é válida a distribuição fenotípica 9:3:3:1. Isso acontece porque um dos pares de alelos envolvidos na expressão do caráter inibe a expressão do outro par de alelos. O gene que inibe uma característica é chamado de epistático, e o gene inibido recebe o nome de hipostático. A epistasia pode ser recessiva ou dominante. Quando um par de genes recessivos inibe a expressão de outro, a condição genética é definida como epistasia recessiva. Um exemplo dessa situação, já discutida anteriormente, é a relação entre gene “h” e genes do sistema ABO de determinação do sangue humano. O gene “H” e “h” estão localizados em um par de cromossomos diferente do par onde estão os alelos do sistema ABO (IA, IB e i). Indivíduos “hh” não produzem uma proteína necessária para os genes IA ou IB se expressarem e por isso eles têm hemácias destituídas de antígeno A, B ou AB, mesmo que possua um dos seguintes genótipos: IAIA ou IAi ou IBIB ou IBi ou IAIB. Assim, teremos a condição do indivíduo falso O. A proporção fenotípica obtida de cruzamento diíbrido em caso de epistasia recessiva é de 9:3:4. A epistasia recessiva também pode ser observada na coloração do pelo de cães labradores. Esses animais podem apresentar coloração preta, marrom ou dourada, o que é determinado por dois genes: o “b” e o “e”. O alelo “B” determina a cor preta, o alelo “b” determina a cor marrom e os alelos “ee” determinam a cor dourada.

C16  Herança poligênica e interação gênica

Fonte: Wikimedia commons

Figura 03 - Cor da pelagem de cães labradores: um caso de epistasia recessiva.

120

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

A cor dourada, portanto, ocorre quando o indivíduo apresenta constituição recessiva “ee”, que é epistática ao gene “B”. Assim, um indivíduo com coloração dourada poderia apresentar os seguintes genótipos: BBee, Bbee, bbee. Veja que, independentemente do alelo ser “B” ou “b”, os alelos “ee” inibem sua ação. Genótipos

Fenótipos

B_E_

Preto

bbE_

Marrom

B_ee

Dourada

bbee

Dourada

Tabela 02 - Genótipos e fenótipos relacionados às cores da pelagem de cães labradores.

Do cruzamento entre cães pretos duplos heterozigotos, obtêm-se nove cães pretos para três cães marrons para quatro cães dourados na descendência (9:3:4). BE

C16  Herança poligênica e interação gênica

Tabela 03 - Distribuição fenotípica da descendência obtida do cruzamento de cães pretos diíbridos.

121

Biologia

Na epistasia dominante, um alelo dominante de um par de genes impede a expressão do outro par de alelos em segregação independente. Um exemplo de epistasia dominante pode ser observado na cor da plumagem de galinhas. O gene dominante “C” faz com que as galinhas apresentem coloração colorida, e o gene recessivo “c” determina a plumagem branca. O gene “I“ é epistático e impede a produção de pigmento, e o alelo ”i” não tem efeito inibidor. Assim sendo, se a galinha apresentar o alelo “I”, ela não produzirá plumagem colorida, independentemente do alelo “C”. Os genótipos e os respectivos fenótipos da cor da plumagem das galinhas seriam, portanto: Genótipos

Fenótipos

I_C_

Branco

I_cc

Branco

iiC_

Colorido

Iicc

Branco

Tabela 04 - Genótipos e fenótipos relacionados às cores da plumagem de galinhas.

Do cruzamento entre aves brancas diíbridas, obtêm-se treze aves brancas para três aves coloridas na descendência (13:3). CI

CCII − Branco

CcII − Branco

CCIi − Branco

CcIi − Branco

CcII − Branco

ccII − Branco

CcIi − Branco

ccIi − Branco

CCIi − Branco

CcIi − Branco

CCii − Colorido

Ccii − Colorido

CcIi − Branco

ccIi − Branco

Ccii − Colorido

ccii − Branco

Tabela 05 - Distribuição genotípica e fenotípica da descendência obtida de autofecundação de galinhas brancas diíbridas.

SAIBA MAIS

Fonte: Wikimedia commons

C16  Herança poligênica e interação gênica

QUAL O TIPO DE INTERAÇÃO GÊNICA OCORRE NA EXPRESSÃO DA COR DA PLUMAGEM DOS PERIQUITOS?

Figura 04 - Cores básicas da plumagem de periquitos australianos.

122

Periquitos australianos apresentam grande variedade de cores na plumagem. No entanto, na determinação das cores básicas da plumagem - verde, azul, amarela e branca - estão envolvidos dois genes principais: A/a e B/b. Periquitos homozigóticos recessivos (aabb) apresentam cor branca; periquitos homozigóticos recessivos aa, mas que possuem ao menos um alelo dominante B (aaBB ou aaBb), são amarelos; periquitos homozigóticos recessivos bb, mas que possuem ao menos um alelo dominante A (AAbb ou Aabb), são azuis; periquitos que apresentam pelo menos um alelo dominante de cada gene (AABB, AABb, AaBB ou AaBb) têm cor verde. O alelo “A” condiciona a síntese de melanina, um pigmento que condiciona a cor azul; seu alelo “a” é uma versão alterada, não funcional do gene, e, portanto, não codifica a produção de melanina. Já o alelo “B” condiciona a deposição de outro pigmento, a psitacina. Esse pigmento determina a cor amarela, própria de alguns periquitos. Seu alelo recessivo “b”, por ser um gene não funcionante, não condiciona a produção deste último pigmento. Portanto, é compreensível que os periquitos homozigóticos recessivos (aabb) sejam albinos, ou seja, não tenham a produção de nenhum dos dois pigmentos, enquanto que os periquitos que apresentam ambos os alelos dominantes (A_B) adquiram a mistura de azul (melanina) e amarelo (psitacina), resultando na cor verde. Sendo assim, a plumagem dos periquitos australianos é um caso de interação gênica não epistática.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

02. (UEM PR) Considere o cruzamento de parentais duplo heterozigotos para os genes A e B localizados em cromossomos diferentes, e assinale o que for correto. 01. Se a proporção fenotípica em F1 for de 9 :3:3:1 para uma única característica, temos um caso de interação gênica. 02. Se a proporção fenotípica em F1 for de 9 :3:3:1 para duas características, temos um caso de segregação independente. 04. Se a proporção fenotípica em F1 for de 9 :3: 4 para uma única característica, temos um caso de epistasia recessiva. 08. Se a proporção fenotípica em F1 for de 1 : 4 :6 : 4 :1 para uma única característica, temos um caso de herança poligênica. 16. Se a proporção fenotípica em F1 for de 13:3 para uma única característica, temos um caso de pleiotropia. 03. (FGV SP) Um criador de cães labradores cruzou machos pretos com fêmeas de mesma cor e obteve filhotes pretos, chocolate (marrons) e dourados (amarelos). Trata-se de um caso de epistasia recessiva associada ao alelo e, que impede a deposição de pigmento no pelo, condicionando pelagem dourada. O alelo E permite a pigmentação. A coloração preta é condicionada pelo alelo dominante B, e a chocolate, pelo seu alelo recessivo b. A proporção fenotípica esperada para cães pretos, chocolate e dourados, respectivamente, no cruzamento entre um macho preto, EeBb, e uma fêma dourada, eeBb, é

a) 3 : 1 : 4 b) 9 : 3 : 4 c) 3 : 4 : 1 d) 9 : 4 : 3 e) 4 : 1 : 3 04. (Enem MEC) Após a redescoberta do trabalho de Gregor Mendel, vários experimentos buscaram testar a universalidade de suas leis. Suponha um desses experimentos, realizado em um mesmo ambiente, em que uma planta de linhagem pura com baixa estatura (0,6 m) foi cruzada com uma planta de linhagem pura de alta estatura (1,0 m). Na prole (F1) todas as plantas apresentaram estatura de 0,8 m. Porém, na F2 (F1 x F1) os pesquisadores encontraram os dados a seguir. Altura da planta (em metros)

Proporção da prole

1,0

0,9

245

0,8

375

0,7

255

0,6

Total

1 000

Os pesquisadores chegaram à conclusão, a partir da observação da prole, que a altura nessa planta é uma característica que a) não segue as leis de Mendel. b) não é herdada e, sim, ambiental. c) apresenta herança mitocondrial. d) é definida por mais de um gene. e) é definida por um gene com vários alelos. 05. (UECE) Em periquitos australianos observam-se, principalmente, as seguintes cores de plumagem: amarela, azul, branca e verde, condicionadas por dois pares de genes de segregação independente e que interagem entre si. Sabendo-se que os indivíduos homozigotos recessivos são brancos; os indivíduos que apresentam em ambos os loci pelo menos um dos alelos dominantes são verdes; e que os indivíduos que apresentam um loci com genes recessivos e o outro com, pelo menos, um alelo dominante ou são azuis ou amarelos, podemos afirmar corretamente que a proporção esperada de um cruzamento de periquitos com ambos os loci heterozigotos é: a) Amarela: 9/16; Azul: 3/16; Branca: 3/16; Verde: 1/16. b) Amarela: 1/16; Azul: 3/16; Branca: 9/16; Verde: 3/16. c) Amarela: 3/16; Azul: 3/16; Branca: 1/16; Verde: 9/16. d) Amarela: 3/16; Azul: 1/16; Branca: 3/16; Verde: 9/16.

123

C16  Herança poligênica e interação gênica

01. (PUC RS) Para responder à questão, analise as afirmações sobre a herança genética. I. Em um caso de monoibridismo com dominância completa, espera-se que, em um cruzamento entre heterozigotos, as proporções genotípicas e fenotípicas sejam, respectivamente, 1: 2: 1 e 3: 1. II. Em um cruzamento entre heterozigotos para um par de genes, considerando um caso de “genes letais”, no qual o referido gene é dominante, as proporções genotípicas e fenotípicas não serão iguais. III. No cruzamento entre diíbridos, podemos encontrar uma proporção fenotípica que corresponde a 12: 3: 1, o que configura um caso de epistasia recessiva. Está/Estão correta(s) a(s) afirmativa(s) a) I, apenas. b) III, apenas. c) I e II, apenas. d) II e III, apenas. e) I, II e III.

ermiver(auto) é (aa). o de proanto zana os dade é de:

Biologia

Exercícios Complementares 01. (UFTM) Cães labradores podem apresentar pelagem chocolate, dourada e preta. Essas cores de pelagem são condicionadas por dois pares de alelos. O alelo dominante B determina a produção de pigmento preto e o alelo recessivo b determina a produção de pigmento chocolate. Outro gene, I, determina a deposição de pigmento, enquanto o seu alelo recessivo i atua como epistático sobre os genes B e b, determinando a pelagem dourada.

C16  Herança poligênica e interação gênica

Uma fêmea chocolate foi cruzada com um macho dourado e tiveram três filhotes, um de cada cor, como os da foto. O genótipo do macho dourado e o do filhote preto são, respectivamente, a) Bbii e BbIi. b) bbii e BBIi. c) Bbii e BbII. d) bbii e bbIi. e) bbii e BbIi. 02. (Fuvest SP) Nos cães labradores, a cor da pelagem preta, chocolate ou dourada depende da interação entre dois genes, um localizado no cromossomo 11 (alelos B e b) e o outro, no cromossomo 5 (alelos E e e). O alelo dominante B é responsável pela síntese do pigmento preto e o alelo recessivo b, pela produção do pigmento chocolate. O alelo dominante E determina a deposição do pigmento preto ou chocolate nos pelos; e o alelo e impede a deposição de pigmento no pelo. Dentre 36 cães resultantes de cruzamentos de cães heterozigóticos nos dois lócus com cães duplo-homozigóticos recessivos, quantos com pelagem preta, chocolate e dourada, respectivamente, são esperados? a) 0, 0 e 36. b) 9, 9 e 18. c) 18, 9 e 9. d) 18, 0 e 18. e) 18,18 e 0. 03. (UFU MG) Em uma determinada raça de cão há três possibilidades de cores de pelo: preta, amarela e marrom. O alelo M é responsável pela cor preta, e seu alelo recessivo, pela cor marrom. O gene E, não alélico de M, condiciona o depósito de pigmento preto ou marrom no pelo. Já o alelo recessivo (e) impede esse depósito, originando o pelo amarelo.

124

No cruzamento entre dois cães dessa raça, um de pelo preto heterozigoto para os dois pares de genes e outro marrom descendente de uma mãe amarela, espera-se na descendência uma proporção fenotípica de a) 6 pretos: 2 amarelos. b) 3 pretos: 3 marrons: 2 amarelos. c) 3 pretos: 5 marrons. d) 4 pretos: 3 marrons: 1 amarelo. 04. (UFG GO) Leia as informações a seguir. Em uma dada espécie de abóbora, a interação de dois pares de genes condiciona a variação fenotípica dos frutos. Frutos na forma discoide são resultantes da presença de dois genes dominantes. A forma esférica deve-se à presença de apenas um dos dois genes dominantes. Já a forma alongada é determinada pela interação dos dois genes recessivos. De acordo com as informações, o cruzamento entre uma abóbora esférica duplo homozigota com uma abóbora alongada resulta, na linhagem F1, em uma proporção fenotípica de: a) 6/16 alongada. b) 8/16 esférica. c) 9/16 discoide. d) 16/16 alongada. e) 16/16 esférica. 05. (Unioeste) Em abóboras, a cor do fruto é determinada por dois genes de segregação independente: os genótipos CC e Cc produzem frutos brancos, enquanto cc é necessário para produção de fruto colorido, cuja cor é determinada pelo segundo gene: cor amarela (VV e Vv) ou verde (vv). Do cruzamento de duas plantas brancas, heterozigotas para os dois loci, CcVv, serão produzidas: a) 12/16 de plantas com frutos coloridos. b) 1/16 de plantas com frutos amarelos. c) 3/4 de plantas com frutos brancos. d) 3/16 de plantas com frutos verdes. e) apenas plantas com frutos brancos. 06. (UFPR) Em uma espécie de mamíferos, a cor da pelagem é influenciada por dois genes não ligados. Animais AA ou Aa são marrons ou pretos, dependendo do genótipo do segundo gene. Animais com genótipo aa são albinos, pois toda a produção de pigmentos está bloqueada, independentemente do genótipo do segundo gene. No segundo gene, o alelo B (preto) é dominante com relação ao alelo b (marrom). Um cruzamento entre animais AaBb irá gerar a seguinte proporção de prole quanto à cor da pelagem: a) 9 pretos – 3 marrons – 4 albinos. b) 9 pretos – 4 marrons – 3 albinos. c) 3 pretos – 1 albino. d) 1 preto – 2 marrons – 1 albino. e) 3 pretos – 1 marrom.

FRENTE

BIOLOGIA

Exercícios de Aprofundamento 01. (Fepar)

02. (PUC Rio) Um casal teve quatro filhos: Roberta, Felipe, Pedro e Mônica. Roberta e Pedro são do tipo sanguíneo Rh positivo. Felipe e Mônica são do tipo Rh negativo. Quais dos irmãos poderão ter filhos com eritroblastose fetal? a) Roberta e Felipe. d) Pedro e Roberta. b) Pedro e Mônica. e) Roberta e Mônica. c) Mônica e Felipe. 03. (Unesp SP) A figura mostra o encontro de duas células, um espermatozoide e um ovócito humano, momentos antes da fecundação.

Um erro de transfusão de sangue causou a morte de uma mulher de 46 anos na Santa Casa de Pindamonhangaba (SP), na quinta-feira (15/7). Ela possuía sangue A+, mas recebeu B−. No Ceará, um idoso de 93 anos morreu porque uma funcionária trocou as amostras de sangue do paciente: deu-lhe sangue B+ em vez de O+. Em São Paulo, no Hospital do Servidor Público Estadual, uma dona de casa de 61 anos morreu na última segunda-feira após receber sangue A+, apesar de ser portadora de sangue tipo O−. Todos os três pacientes foram diagnosticados com reação hemofílica transfusional por incompatibilidade, pois houve negligência ou “ausência de perícia necessária”. Adaptado do disponível em: <http://g1.globo.com/sp/vale-do-paraiba/2017/16/6>. Acesso em: 18 jun 2017. V – F – V – V – F.

Levando em conta o sistema ABO-Rh, avalie as afirmativas. ( ) Se o paciente idoso do Ceará tivesse recebido sangue O− em vez de B+, não haveria nenhum problema de incompatibilidade entre o sangue do receptor e o do doador. ( ) Tanto o paciente idoso do Ceará quanto a dona de casa de São Paulo eram heterozigotos para o fator Rh e poderiam ser considerados doadores universais. ( ) Suponha que o doador de sangue para o idoso fosse heterozigoto (para o sistema ABO) e se casasse com alguém igualmente heterozigoto, com o mesmo tipo sanguíneo doado para a dona de casa. Se esse casal gerasse quatro gêmeos bivitelinos, seria possível que cada criança tivesse um tipo sanguíneo diferente. ( ) As reações de aglutinação das hemácias ocorrem quando o sangue do doador possui aglutinogénios incompatíveis com as aglutininas do receptor. ( ) Se o paciente idoso fosse casado com a paciente idosa, seus filhos poderiam receber transfusão de pelo menos um dos tipos sanguíneos que lhes causaram incompatibilidade.

Considerando as divisões celulares que deram origem a essas células, é correto afirmar que o sexo da criança que será gerada foi definido na a) metáfase I da gametogênese feminina. b) diacinese da gametogênese masculina. c) anáfase II da gametogênese feminina. d) anáfase I da gametogênese masculina. e) telófase II da gametogênese masculina. 04. (Acafe) Mutação genética explica preferência por alimentos gordurosos A predileção por comidas gordurosas em algumas pessoas com sobrepeso ou obesas pode ter uma explicação genética. Um estudo conduzido na Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e divulgado na última edição da revista Nature Communications, mostra que uma mutação no gene MC4R faz com que indivíduos tenham um paladar reduzido para o açúcar levando-os, como mecanismo de compensação, a ingerir doses exageradas de gordura. A estimativa é de que essa falha genética acometa uma em cada 100 pessoas com problemas de peso. Fonte: Correio Braziliense, 10/10/2016. Disponível em: http://www.correiobraziliense.com.br

Assim, analise as afirmações a seguir. I. As mutações são denominadas sem sentido quando alteram o código genético, mas não alteram o produto gênico. 125

Biologia

II.

As mutações podem ser causadas por erros durante o processo de replicação do DNA, por agentes físicos, por agentes químicos, e por agentes biológicos, como alguns vírus, por exemplo. III. Deleções são mutações nas quais um trecho de DNA é perdido. As deleções tendem a ser, especialmente, mais prejudiciais quando o número de pares de bases perdidas não for um múltiplo de três. IV. As aneuploidias são mutações em que há perda ou acréscimo de 1 ou mais cromossomos da célula. Surgem devido a erros na distribuição dos cromossomos durante as divisões celulares, tanto na mitose quanto na meiose. Todas as afirmações estão corretas em: a) I – II – III. c) II – IV. b) II – III – IV. d) III – IV.

07. (Unesp SP) Na cobra do milharal, os alelos A/a e B/b regulam a coloração da pele. O pigmento preto é determinado pelo alelo dominante A, enquanto o alelo recessivo a não produz esse pigmento. O pigmento laranja é determinado pelo alelo dominante B, enquanto o alelo b não produz esse pigmento. A cobra selvagem produz os pigmentos preto e laranja. Cobras pretas produzem apenas pigmento preto. Cobras laranja produzem apenas pigmento laranja. Existem ainda cobras albinas, que não produzem os dois pigmentos. As figuras apresentam os quatro fenótipos possíveis de coloração da pele.

Selvagem

Preta

Laranja

Albina

05. (FCM MG) Os heredogramas apresentados, sobre as famílias A e B, retratam uma mesma doença genética: I

I 2

1 2

II 1

III 1

3 Família A

III 1

Família B

FRENTE C  Exercícios de Aprofundamento

Sobre essa doença, podemos afirmar que a) trata-se de um caso típico de Herança Ligada ao Cromossomo X. b) os propósitos indicados nas duas famílias apresentam o mesmo risco de possuírem o gene em questão. c) a prole do casal da segunda geração da família B é maior do que a prole do casal da segunda geração da família A. d) a probabilidade de os homens afetados transmitirem esse gene para as suas filhas ou para o seus filhos é a mesma. 06. (Unesp SP) Uma professora de Biologia explicava a seus alunos que o daltonismo para a cor verde é determinado por um gene recessivo ligado ao sexo. Paulo e Luísa, um casal de gêmeos que estudava na mesma sala, disseram que eram daltônicos para a cor verde. A professora perguntou se outras pessoas da família também eram daltônicas e os gêmeos responderam que outras duas pessoas tinham o mesmo tipo de daltonismo. Para descobrir quais eram essas pessoas, a professora fez mais algumas perguntas aos gêmeos e descobriu que eles não tinham outros irmãos, que seus pais eram filhos únicos e que seus avós ainda eram vivos. As outras duas pessoas daltônicas da família eram a) o pai e o avô materno dos gêmeos. b) a mãe e a avó materna dos gêmeos. c) a mãe e a avó paterna dos gêmeos. d) o pai e a mãe dos gêmeos. e) o avô materno e a avó paterna dos gêmeos. 126

Assinale a alternativa na qual os genótipos representam, respectivamente, uma cobra selvagem e uma cobra albina. a) AaBb e aabb. d) aaBB e Aabb. b) aaBb e aabb. e) Aabb e aaBb. c) AaBb e AAbb. 08. (PUC MG) De acordo com a figura, considere a ocorrência de cinco fenótipos (preta, albina, marrom, cinza e bege) para a cor da pelagem de camundongos, determinados pela interação de três pares de genes alelos com segregação independente. Na figura, os traços indicam que, independentemente do alelo ser dominante ou recessivo, não há alteração fenotípica. Cor da pelagem de camundongos

B_C_D_ Preta

bb C_D_ Marrom

_ _ cc _ _ Albina

B_C_dd Cinza

bb C_ dd Bege

De acordo com as informações, é INCORRETO afirmar. a) O cruzamento entre indivíduos marrom com cinza pode produzir descendentes com os cinco fenótipos apresentados. b) Se um casal de camundongos de pelagem preta gerou um filhote albino, a chance de gerar outro filhote albino é de 1/4. c) Se um casal de camundongos de pelagem preta gerou um filhote albino, a chance de gerar um filhote preto é de 3/8. d) Um casal de camundongos beges só pode gerar descendentes beges ou albinos.