Coleção 10 V - Livro 10 - Biologia - Aluno by Editora Elabore

Ana Clara Oliveira Líliam Faleiro

FRENTE

Fonte: Wikimedia Commons

BIOLOGIA Por falar nisso Assim como os animais invertebrados, que estudamos nos módulos anteriores, os vertebrados também contam com ampla diversidade de espécies. Ao todo, existem 6 433 espécies de anfíbios no mundo. O Brasil é o maior detentor dessa classe, abrigando 847 espécies. Em seguida, está a Colômbia, com 758 espécies. Posteriormente, destacam-se o Equador e Peru com 478 e 466 espécies, respectivamente. Em relação aos répteis, há, atualmente, 10 038 espécies no Planeta. Quanto aos mamíferos, a Indonésia abriga a maior diversidade. Das 515 espécies (nesse grupo) já foram descritas 5 000 espécies. O Brasil está em quarto lugar, com 405 espécies. No que diz respeito às aves, segundo um novo estudo do Museu Americano de História Natural, existem 18 mil espécies em todo o mundo. O Brasil é o segundo país em número de espécies de aves, com 1 919 espécies, ficando atrás apenas da Colômbia. Nosso país abriga também o maior roedor do Planeta: a capivara. Por falar em roedores, de acordo com a Organização Mundial de Saúde (OMS), existem 3 ratos para cada ser humano atualmente. Se a espécie humana hoje conta com, aproximadamente, 7 bilhões de indivíduos, temos 21 bilhões de ratos em nosso Planeta. Bastante, não é mesmo? Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

A17 A18 A19 A20

Anfíbios e répteis ............................................................................8 Mamíferos .....................................................................................24 Aves ...............................................................................................36 Evolução da biodiversidade nas eras geológicas ..........................45

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A17

ASSUNTOS ABORDADOS

ANFÍBIOS E RÉPTEIS

n Anfíbios e répteis

Evolução e origem dos anfíbios

n Evolução e origem dos anfíbios n Estrutura e fisiologia dos anfíbios n Classificação n Evolução e origem dos répteis n Estrutura e fisiologia dos répteis

Considerando os animais vertebrados, os anfíbios foram os primeiros a circularem em terra firme, embora não tenham conquistado efetivamente esse ambiente. O grupo anterior – composto pelos peixes - dependia, em todas as fases da vida, do meio aquático para sobreviver. Conforme evidências de fósseis encontrados há 400 milhões de anos (na Era Paleozoica, no Período Devoniano), os anfíbios evoluíram a partir dos peixes. Esse período foi marcado por altas temperaturas e baixa pluviosidade. Além disso, muitos lagos se transformaram em pântanos pobres em oxigênio, que sufocavam os animais aquáticos. Em meio a esse cenário, havia um grupo de peixes que apresentava vantagens sobre os demais- peixes pulmonados (provavelmente, peixes sarcopterígios). Ocasionalmente, eles saíam da água à procura de alimento ou outros corpos hídricos, utilizando suas nadadeiras musculosas para se arrastarem sobre o solo. Acredita-se que as nadadeiras pares deram origem às patas e, a bexiga natatória (uma espécie de pulmões primitivos) aos pulmões dos anfíbios. Os peixes, portanto, são provavelmente os ancestrais de todos os tetrápodes (vertebrados terrestres), incluindo os anfíbios modernos, os répteis, as aves e os mamíferos. Nesse período, os vegetais já haviam iniciado sua dispersão no ambiente terrestre, que era ocupado, na época, por um número relativamente pequeno de invertebrados. A combinação de abundância de alimento e escassez de competidores fez do ambiente terrestre o local adequado para a sobrevivência desse ancestral dos anfíbios, permitindo a diversificação do grupo. Os anfíbios eram os animais dominantes no ambiente terrestre entre 360 e 245 milhões de anos atrás. Após esse período, a classe cedeu espaço aos novos competidores - os répteis, que se originaram de uma linhagem de anfíbios.

SAIBA MAIS Os tetrápodes (Tetrapoda) compõem a superclasse de vertebrados terrestres que apresentam quatro membros (reino: Animalia; filo: Chordata; subfilo: Vertebrata; superclasse: Tetrapoda). Os tetrápodes são considerados descendentes dos peixes com nadadeiras lobadas, denominados Sarcopterygii. Os primeiros tetrápodes surgiram no final do Período Devoniano, há 360 milhões de anos. A transição das nadadeiras para membros possibilitou duas vantagens para os vertebrados aquáticos: a primeira seria que essa mudança viabilizaria a capacidade de elevação da cabeça para fora da água, permitindo que os peixes respirassem o ar puro da atmosfera, diferente do ar pobre dos rios e lagos em determinadas ocasiões; a segunda vantagem seria que os membros poderiam ajudar os animais durante a locomoção aquática, vencendo até mesmo as correntezas. Atualmente, a superclasse Tetrapoda abrange mamíferos, aves, répteis e anfíbios. As aves são assim classificadas porque suas asas são consideradas membros. No caso das cobras, serpentes e anfíbios sem patas, embora não possuam membros, essa classificação se dá pelo fato de que possuem um ancestral que era um tetrápode, ou seja, no passado esses animais possuíam membros. Contudo, devido a um lento processo denominado regressão, esses animais perderam esses membros. Figura 01 - Representantes das classes dos tetrápodes atuais.

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TETRÁPODES: QUEM SÃO?

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Estrutura e fisiologia dos anfíbios A classe Amphibia (reino: Animalia; filo: Chordata; superclasse: Tetrapoda) corresponde ao grupo que engloba os animais conhecidos como Gymnophiona ou Apoda (cobras-cegas), Caudata ou Urodela (salamandras) e Anura (sapos, rãs e pererecas). Eles habitam regiões úmidas próximas a corpos hídricos e, apesar de terem pulmões e patas na fase adulta, são altamente dependentes da presença de água doce. Portanto, não existem representantes marinhos. Os anfíbios compõem um grupo de grande importância ecológica, tanto por sua grande diversidade, quanto pelo fato de corresponderem a um grupo de transição entre a água e a terra. Essa dualidade reflete no nome da classe – “amphibia”, que significa “duas formas de vida”. Assim, muitas espécies de anfíbios apresentam ciclo de vida bifásico, com uma fase larval aquática – exclusiva de água doce – e outra fase terrestre, pós-metamórfica. Cada uma dessas fases tem nicho ecológico particular.

Outra característica importante é que, por terem a pele permeável e exposta e ocuparem habitats aquáticos e terrestres, os anfíbios são considerados indicadores sensíveis a diversos fatores ambientais. Esse grupo de animais é dependente da água, nasal tendo em vista que pelo menos uma fase da vida da maioria dos anfíbios acontece na água e que eles necessitam dela para se reproduzirem. Além disso, eles possuem uma pele muito fina, que não protege da desidratação e colocam ovos sem casca, que ficam ressecados caso permaneçam fora da água ou longe de ambientes úmidos. Algumas espécies de anfíbios produzem compostos biologicamente ativos, comumente utilizados em pesquisas farmacológicas.

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Na fase larval, as dietas variam de acordo com a espécie. Nesse caso, as larvas podem se alimentar de algas, restos orgânicos (sendo classificadas como detritívoras), de pequenos animais ou substâncias encontradas na água (filtradoras), podendo ser classificadas, ainda, como onívoras (que consomem vegetais ou animais) ou carnívoras (que se alimentam de carne, ou seja, de animais mortos ou vivos). Na fase adulta, os anfíbios são predadores por excelência, capturando presas nos ambientes aquáticos e terrestres, principalmente insetos. Por outro lado, servem de alimento a uma ampla variedade de animais, como invertebrados, peixes, répteis, aves, mamíferos e até mesmo para algumas espécies de anfíbios.

maxilar

carpais

falanges

rádio-ulna

Sistema esquelético

escápula

Por serem animais tetrápodes, o esqueleto dos anfíbios é dividido em duas partes: esqueleto axial (crânio e coluna) e esqueleto apendicular (ossos dos membros e ossos que ligam os membros à coluna). Essa estrutura esquelética é o apoio para a inserção muscular e proteção do sistema nervoso e vísceras.

O crânio dos anfíbios é achatado, pequeno e leve e apresenta grandes orifícios para comportar as narinas e as órbitas. Fonte: Amabis, José Mariano. Biologia. 3. Ed

metacarpais

fêmur

bia- bula ílios Figura 02 - Esquema representativo de um esqueleto de uma rã.

A17  Anfíbios e répteis

Na ordem Anura, a coluna vertebral é encurtada e rígida, enquanto os membros posteriores são bem desenvolvidos. Esses caracteres favorecem o modo de locomoção saltador, típico do grupo. Já na ordem Caudata e Apoda, a coluna vertebral é mais alongada e flexível.

úmero

Biologia

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Sistema tegumentar Como vimos, a pele dos anfíbios é fina permeável. Ela também é rica em vasos sanguíneos e glândulas, o que permite a absorção de água. As glândulas podem ser de dois tipos: mucosas, que produzem muco para manter a pele úmida e íntegra, e serosas, que produzem toxinas. É importante lembrar que todos os anfíbios produzem substâncias tóxicas. Na derme, encontram-se, ainda, células pigmentares (cromatóforos), responsáveis pela coloração. Muitos anuros possuem cores de advertência e também podem se camuflar no ambiente. Outro ponto a ser destacado é que os anfíbios são incapazes de manter a temperatura de seu corpo constante. Por isso são animais pecilotérmicos, popularmente chamados de “sangue frio”. Sistema respiratório Figura 03 - Existem algumas espécies animais que apresentam em seu corpo cores e linhas muito vibrantes, destacando-as no ambiente ao invés de escondê-las. Essa característica é chamada de coloração de aviso (ou coloração de advertência, ou de aposematismo), que atua como um tipo de sinal, alertando os predadores sobre o fato de que o animal tem um sabor desagradável e/ou é tóxico, sendo, portanto, melhor evitá-lo. Algumas espécies de rãs e sapos ostentam a coloração de aviso: a pele desses anfíbios é dotada de poderosos venenos, que podem não só causar mal-estar ao predador, como até matá-los.

Na fase larval (estágio de vida aquática), os anfíbios respiram por brânquias- como os peixes- e pela pele. Quando se tornam adultos, vivem em ambiente terrestre, realizam a respiração pulmonar e cutânea. No entanto, devido ao fato de os pulmões serem simples e pequenos (saculiformes) e por terem pouca superfície de contato para as trocas gasosas quando comparado com os de outros vertebrados, a respiração pulmonar é pouco eficiente. Nesse caso, o ar entra pelas duas narinas, que se comunicam com a cavidade oral. Em seguida, ocorre o mecanismo de bombeamento de ar para o interior dos pulmões. Esse mecanismo é bastante precário, já que consta basicamente de movimentos da musculatura bucal (movimentos de engolir, também conhecidos como gulares). Portanto, para complementar a obtenção de oxigênio, os anfíbios dependem da respiração cutânea, que consiste no processo de trocas de gases com o meio ambiente através da pele. A pele deve ser permeável e, necessariamente, estar úmida, pois os gases não se difundem em superfícies secas. Por isso as glândulas mucosas e a rica rede de capilares (vascularização) são muito importantes. traqueia para outro pulmão

pulmões de salamandra

pulmões de rã

pulmão de sapo

Figura 04 - Representação esquemática dos pulmões reduzidos e saculiformes dos anfíbios.

Sistema cardiovascular

A17  Anfíbios e répteis

O sistema circulatório dos anfíbios e de todos os tetrápodes apresenta uma grande novidade: a chamada dupla circulação, isto é, o sangue circula por dois caminhos distintos. Nesse caso, há um ciclo pulmonar (pequena circulação), em que o sangue se limita a circular do coração para o pulmão, e existe também a grande circulação, em que o sangue sai do coração para ser distribuído para o corpo. O coração tem um grande seio venoso, que recebe o sangue venoso de todo o corpo, passando-o para o átrio direito. O átrio esquerdo recebe o sangue arterial dos pulmões e da pele. Dos átrios, o sangue é passado para o único ventrículo, onde há mistura de sangue arterial e venoso, que sai do coração por meio da artéria aorta. Pelo fato de haver essa mistura, esse tipo de circulação é denominado circulação incompleta. A circulação das larvas dos anfíbios é simples e completa como ocorre nos peixes. 10

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Pulmões

Artérias pulmonares

Átrio esquerdo Ventrículo

Átrio direito

Veias pulmonares

Aorta

Átrios Tecidos Ventrículo Figura 05 - Representação esquemática do sistema cardiovascular dos anfíbios.

Sistema digestório e excretor Os anfíbios são animais predadores. Portanto, possuem adaptações à captura de presas. Em muitos sapos, pererecas, rãs e salamandras há a presença de uma língua longa e elástica, com a ponta viscosa, que pode ser lançada rapidamente para fora da boca do animal e ajudá-lo a capturar presas rápidas, como os insetos voadores. Assim, a língua protrátil é a ferramenta do predatismo. O alimento engolido sai do esôfago em direção ao estômago, onde começa a ser digerido. Em seguida, a massa alimentar segue para o intestino delgado, onde a bile (produzida pelo fígado) e enzimas (produzidas pelo pâncreas) irão finalizar a digestão, seguida de absorção. Os resíduos da digestão vão para o intestino grosso, onde a água é reabsorvida e as fezes são formadas. O sistema digestório desses animais termina na cloaca, onde as fezes são eliminadas para o meio externo pela abertura cloacal. Os anfíbios adultos realizam sua excreção por meio de rins mesonéfrons, ligados aos ureteres e à bexiga, que, por sua vez, se liga à cloaca. Quando girinos, os anfíbios excretam amônia (amoniotélicos). Já quando adultos, secretam ureia produzida pelo fígado, dissolvida em água (ureotélicos). Sistema nervoso e sensorial

A17  Anfíbios e répteis

Os anfíbios apresentam encéfalo bem desenvolvido e, como nos outros vertebrados, os nervos cranianos (em número de 10 pares) comunicam essa estrutura aos músculos e órgão sensoriais da cabeça. A visão, o olfato, o tato, a audição e o paladar são bem desenvolvidos. Contudo, esses animais enxergam apenas objetos em movimento. Apresentam como novidade evolutiva, em relação aos peixes, glândulas lacrimais e pálpebras móveis que auxiliam na manutenção da umidade, proteção e limpeza do globo ocular, uma importante adaptação para a vida terrestre. A presença do tímpano, evidenciando um ouvido médio, também é uma novidade evolutiva, já que os peixes só possuem ouvido interno. Com efeito, nos anfíbios ocorre ainda, a produção de sons- o coaxar, por meio das cordas vocais na laringe. A larva possui linha lateral como os peixes. 11

Biologia

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Sistema reprodutor A reprodução dos anfíbios ocorre de forma sexuada por fecundação externa, mas pode haver também a fecundação interna em determinadas espécies. A salamandra e a cobra-cega, por exemplo, realizam fecundação interna. O macho coloca no ambiente um pacote cheio de espermatozoides (chamado de espermatóforo) e, com movimentos semelhantes a uma dança, induz a fêmea a ficar sobre essa estrutura, fazendo com que os espermatozoides entrem em seu corpo. É importante lembrar que a reprodução é uma característica que os sujeita à dependência da água.

Figura 06 - A rã marsupial australiana (Assa darlingtoni) possui bolsas ao longo dos seus flancos, onde os girinos podem completar o desenvolvimento larval até à metamorfose.

São animais dioicos, ovulíparos ou ovíparos. Os ovos são desprovidos de casca (motivo pelo qual necessitam da água para protegê-los da radiação solar e choques mecânicos), mas possuem uma envoltória cápsula gelatinosa, mantendo-se vivos apenas em meio aquático. O único anexo embrionário é o saco ou vesícula vitelínica, que exerce a função de nutrir o embrião. Em geral, o desenvolvimento é indireto, ou seja, existe uma larva aquática que sofre metamorfose. Por sua vez, o sapo, a rã e a perereca realizam fecundação externa (o tipo mais comum). A reprodução dessa ordem começa geralmente com um ritual de corte, como no caso dos sapos, em que a fêmea, no seu período fértil, é atraída pelo parceiro sexual por meio do seu coaxar. A fecundação sexuada externa acontece quando a fêmea libera óvulos e o macho lança seus espermatozoides sobre eles. Geralmente, os machos despejam o líquido seminal sobre um longo cordão ou fileira gelatinosa (bainha), que envolve os óvulos na medida em que saem da cloaca da fêmea. Após a fecundação do óvulo, os cuidados variam de acordo com a espécie.

SAIBA MAIS

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METAMORFOSE DE UM ANFÍBIO ANURO. O processo de metamorfose é bastante lento e envolve uma série de transformações como, por exemplo, do anfíbio jovem (girino) em adulto. Após a fecundação na água, o ovo heterolécito envolto por uma camada gelatinosa sofre segmentação holoblástica desigual. Com isso, ocorrerão os estágios do desenvolvimento embrionário, passando pela fase de mórula, blástula, gástrula e nêurula. Por fim, ocorre a eclosão da massa gelatinosa que libera a larva. Nessa fase, os girinos se alimentam primeiramente da própria gelatina que os envolve e depois de algas e plantas aquáticas microscópicas. É durante o processo de metamorfose dos anuros que os girinos desenvolvem seus membros. A cauda inicia o processo de regressão, por apoptose, à medida em que ocorre, primeiramente, o desenvolvimento dos membros posteriores e, depois, dos anteriores. Ocorre também o surgimento dos pulmões, acompanhado do desaparecimento das brânquias, e modificações na estrutura do coração, que passa a ter dois átrios e um ventrículo. O rim passa de pronéfron para mesonéfron e o anfíbio passa de amoniotélico para ureotélico. Assim que o pulmão é formado, o animal pode sair da água. Todo o processo de metamorfose dos anfíbios é controlado por hormônios, que são produzidos pela glândula tireoide, com um aumento na concentração de T4 (tiroxina). Além disso, a metamorfose ocorre em um período de tempo variável de uma espécie para outra.

Figura 07 - Girinos em metamorfose, com patas dianteiras e traseiras, cauda e, posteriormente, com redução da cauda.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Classificação A classe Amphibia é dividida em três ordens: Anura (sapos, rãs e pererecas), Caudata (salamandra) ou Urodela e Apoda (cecílias) ou Gymnophiona. Ordem Anura A ordem Anura (do grego, a, “sem” e oura, “cauda) é a mais diversificada, com mais de 3,5 mil espécies descritas. Os animais dessa ordem são os sapos, rãs e perecas, caracterizados pela ausência de cauda e hábito de locomoção saltador. Eles podem ser encontrados em diversos ambientes - exceto em locais de grandes altitudes, regiões árticas, antárticas e desérticas -, sendo que a maior diversidade ocorre nos trópicos. O crânio é reduzido e não possuem dentes. Os anuros são os únicos anfíbios que vocalizam para atrair as fêmeas para a reprodução. É importante lembrar que é muito comum a dúvida sobre a diferenciação entre sapos, rãs e pererecas. Contudo, essa diferenciação esconde uma grande variedade morfológica dentro de cada categoria. De modo geral, os sapos são pertencentes à família Bufonidae, que possuem crânio extensivamente ossificado, pupila vertical, pele glandular espessa e com aspecto verrugoso. Por outro lado, diversas espécies apresentam glândulas paratoides, localizadas atrás dos olhos, na pele e que produzem veneno. Normalmente, essa toxina só é liberada quando a glândula é pressionada, representando uma forma de defesa passiva dos animais. Esses anfíbios costumam viver no solo, sendo que muitas espécies permanecem enterradas, quando em repouso, e podem ser escavadores, tanto para obter alimento quanto para proteção. Entretanto, voltam para a água no período de reprodução. As rãs habitam locais próximos da água, já que possuem pele muito fina e permeável, sendo necessária a água para sua sobrevivência. Determinadas espécies apresentam membranas entre os dedos, cuja função é viabilizar a movimentação dentro da água. Cabe ressaltar que elas são terrestres e podem permanecer enterradas para evitar a perda de água. Já as pererecas são os anuros capazes de escalar superfícies. Elas possuem ventosas nas patas, que permitem sua fixação. Além disso, apresentam pele fina e bastante permeável. São comumente encontradas no ambiente urbano.

A17  Anfíbios e répteis

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Figura 08 - A: rã, com membranas entre os dedos. B: perereca, com ventosas nas patas. C: sapo, com a glândula paratoide bastante desenvolvida.

Biologia

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Ordem Caudata Se comparados aos anuros, os urodelos (como também são conhecidos) apresentam poucos representantes, sendo aproximadamente 515 espécies. Como exemplo, podem ser citados as salamandras e os tritões, que são encontrados de forma mais abundante em regiões de clima frio. Esses animais, ao contrário dos anuros, apresentam quatro patas de tamanho praticamente iguais. Portanto, para se locomoverem, há uma combinação dos movimentos das patas com ondulações laterais do corpo. Outro fator importante é a presença de caudas longas. Figura 09 - Foto de um representante da ordem Caudata: Salamandra salamandra.

A fecundação pode ser externa ou interna. Na fecundação interna, a fêmea captura a massa de espermatozoides liberada pelo macho e a deposita no interior de sua cloaca. Já em relação ao sistema respiratório, muitas espécies de salamandras não possuem pulmões e apresentam apenas respiração cutânea. Ordem Apoda

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A17  Anfíbios e répteis

Os Gymnophiona ou Apoda são representados por cerca de 160 espécies, popularmente chamadas de cobras-cegas ou cecílias. Esses animais são classificados como ápodes, ou seja, não possuem membros locomotores e o corpo é cilíndrico e alongado. A maioria das espécies vive em ambiente terrestre e, muitas vezes, enterrada no solo. Os olhos são vestigiais (atrofiados), mas existem tentáculos sensoriais que auxiliam na percepção do ambiente. Os machos apresentam um órgão copulador denominado falodeu, que permite a fecundação interna.

Figura 10 - Espécie da ordem Apoda: popularmente chamada de Cecília.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

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Evolução e origem dos répteis Agrupados no reino Animalia, no filo Chordata, no subfilo Vertebrata e na superclasse Tetrapoda, tem-se a classe Reptilia, cujos representantes mais conhecidos são as serpentes, lagartos, jacarés, crocodilos, jabutis e tartarugas. Os répteis são considerados o primeiro grupo de vertebrados tipicamente terrestres, que evoluíram de um grupo primitivo de anfíbios há, aproximadamente, 350 milhões de anos na Era Paleozoica, no período Carbonífero.

‒150

mí fer o

Ave s

Figura 11 - Ilustração representativa de um cotilossauro, feita com base nos registros fósseis.

Aves primi vas

Dinossauro

‒65

Répteis

Peixes

An bios

Os cotilossauros (Cotylosauria) são a primeira ordem de sauropsídeos (répteis) e os mais primitivos. Eles são considerados como os mais antigos ancestrais de todas as espécies de répteis terrestres como, por exemplo, os jabutis, as cobras de terra e também os lagartos. Os cotilossauros viveram do período carbonífero ao período triássico. Neste grupo, encontravam-se répteis que possuíam características de anfíbios e de répteis também, seu tamanho era variado, entre 0,30 cm e 1,5 metros. Posteriormente, linhagens de répteis primitivos diversificaram-se e originaram mamíferos e aves.

Mamíferos primi vos 4

‒220

Répteis primi vos 3

‒300 ‒350

An bios primi vos

Peixes mandibulados ‒420

‒500 M.a

Peixes primi vos (sem mandíbulas)

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Figura 12 - Árvore filogenética que representa possíveis relações de parentesco entre peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos.

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Há 230 milhões de anos, os répteis foram os animais dominantes no Planeta. Esse domínio se estendeu por quase 150 milhões de anos. Nessa época, conhecida como idade dos répteis, esses animais viviam em todos os ambientes terrestres, havendo também espécies aquáticas e voadoras. Os répteis mais conhecidos desse período são os dinossauros, com representantes de alta diversidade morfológica (tamanho, cores, dietas etc.). Além disso, características compatíveis com a sobrevivência no ambiente terrestre foram selecionadas entre os ancestrais e individualizaram os répteis no sentido de garantir sua independência em relação ao ambiente aquático, no que diz respeito à respiração, equilíbrio hídrico e reprodução. As principais novidades evolutivas que fizeram dos répteis animais efetivamente terrestres foram: 15

Biologia

n n n n

pele impermeável; pulmões com grande superfície respiratória; ácido úrico como principal excreta nitrogenada; reprodução totalmente independente da água.

Atualmente, a classe dos répteis é representada por 10450 espécies divididas em quatro ordens: Squamata (reúne as serpentes, lagartos e anfisbenas), Crocodilia (crocodilos e jacarés), Rhynchocephalia (tuataras, que são espécies restritas à Nova Zelândia) e Testudines (tartarugas marinhas e de água doce, cágados e jabutis). Outra característica importante desse grupo de animais é a ectotermia. As variações de temperatura no ambiente terrestre são maiores se comparadas ao ambiente aquático. Além disso, manter a temperatura média corpórea constante foi fundamental para os vertebrados terrestres. Os répteis são animais ectodérmicos que possuem estratégias de termorregulação. Assim, aquecem seus corpos por meio de fontes externas de calor, como o sol ou a superfície quente do substrato. Devido a isso, é comum observarmos esses animais expostos ao calor do sol ou com o corpo totalmente encostado no substrato para absorver o calor retido ao longo do dia. Quando ficam muito aquecidos, geralmente eles buscam locais sombreados ou entram na água, e com esse mecanismo de termorregulação, eles reduzem a variação da temperatura corpórea constante. Apesar de os répteis terem invadido todos os principais habitats, seu metabolismo favorecido por temperaturas mais altas e as estratégias de termorregulação parecem ser responsáveis pela abundância desses vertebrados em regiões tropicais, áridas e semiáridas. É possível ter ocorrido também o alcance da endotermia em alguns répteis fósseis, inclusive em alguns dinossauros.

Estrutura e fisiologia dos répteis Revestimento corporal e sistema esquelético A pele dos répteis é seca, grossa, queratinizada, não possui glândulas mucosas e é recoberta por escamas de origem epidérmica ou por placas ósseas ou córneas de origem mesodérmica. Essas características proporcionam uma resistência quanto à dessecação, que faz com que a pele deixe de ser um órgão permeável. O desenvolvimento da pele seca e não permeável deixou também de ser uma estrutura de respiração, como acontece nos anfíbios. A impermeabilização, portanto, ocorreu graças à intensa produção de uma molécula proteica - a queratina, a novidade bioquímica produzida em grande quantidade pela epiderme dos répteis, fato que se repetirá também nas aves e nos mamíferos. Na verdade, na pele dos anfíbios, essa molécula já existe, mas em pequeníssima quantidade, sendo incapaz de tornar a pele impermeável à água e aos gases da respiração. Tal adaptação permitiu aos répteis a economia de água, possibilitando viverem em habitats diversos, inclusive desérticos. Em alguns répteis, como cobras e lagartos, as escamas mais velhas são substituídas periodicamente por escamas mais novas. O animal realiza trocas dessas escamas, abandonando a pele formada pelas antigas.

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A17  Anfíbios e répteis

Figura 13 - A: escamas epidérmicas (presente nas cobras e lagartos); B: placas córneas (presente nos crocodilos e jacarés); C: placas ósseas (presente nas tartarugas).

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

O termo “réptil” deriva do modo de locomoção: as quatro patas, com garras na extremidade dos dedos, (mas que são ausentes nas cobras) situam-se no mesmo plano do corpo, determinando o rastejamento do ventre no solo (do latim reptare = rastejar). Para a realização desses movimentos, os animais apresentam músculos bem desenvolvidos. Nos quelônios (tartarugas e jabutis) as costelas e vértebras são fundidas à carapaça óssea dérmica. Sistema respiratório Os pulmões dos répteis são bem desenvolvidos, com um grande número de dobras internas, que resultam em um aumento da superfície respiratória. Diferentemente dos anfíbios, que forçam o ar para dentro dos pulmões, os répteis têm a capacidade de aspirar o ar, uma vez que possuem costelas que formam uma caixa torácica, com capacidade de expandir na inspiração e retrair-se na expiração. Nos Testudines (ou quelônios), entretanto, o ar é aspirado por meio de movimentos corporais, uma vez que eles não conseguem expandir a caixa torácica. Algumas espécies de serpentes apresentam apenas um pulmão, característica possivelmente relacionada a sua forma corporal cilíndrica e ao seu hábito alimentar predatório.

cos direito e esquerdo. O átrio direito recebe sangue venoso do corpo e o átrio esquerdo recebe sangue arterial dos pulmões. Os crocodilos e jacarés apresentam uma abertura entre as artérias direita e esquerda, denominada forâmen de Panizza, que possibilita a passagem de sangue arterial da artéria direita para a esquerda. De maneira geral, portanto, a circulação dos répteis é dupla e incompleta. Em função disso, a oxigenação dos tecidos desses animais não é volumosa e limita a produção energética. Em consequência, os animais desse grupo são exotérmicos, isto é, obtêm calor do meio externo e o volume do metabolismo é dependente da temperatura do ambiente. Forâmen de Panizza

Répteis não crocodilianos

Para outro pulmão

Répteis crocodilianos

Figura 15 - Representação esquemática da anatomia do coração dos répteis crocodilianos e não crocodilianos. O azul corresponde ao sangue venoso (pobre em oxigênio e rico em gás carbônico), enquanto o vermelho ao sangue arterial (rico em oxigênio e pobre em gás carbônico).

Sistema digestório e excretor

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Sistema cardiovascular Assim como nos anfíbios, em geral, o coração dos répteis apresenta três cavidades: dois átrios (um direito e um esquerdo) e um ventrículo. Contudo, no caso dos répteis crocodilianos, existem quatro cavidades: dois átrios e dois ventrículos. Nos ventrículos, ocorre a mistura de sangue oxigenado (arterial) com sangue não-oxigenado (venoso). O sangue entra no coração pelo átrio direito e esquerdo, saindo do coração pela artéria pulmonar e pelos arcos aórti-

A maioria dos répteis não aquáticos possui glândulas orais mais desenvolvidas que os anfíbios, devido à necessidade de umedecer o alimento seco para reduzir a fricção durante a deglutição. Essas glândulas salivares incluem as glândulas palatinas, as labiais, as linguais e as sublinguais. As glândulas venenosas dos répteis originam-se de modificações dessas glândulas orais. 17

A17  Anfíbios e répteis

Figura 14 - Ilustração de um pulmão de réptil.

Os répteis são predominantemente carnívoros, com poucas espécies herbívoras e onívoras. O sistema digestório é semelhante ao sistema dos animais vertebrados superiores. No processo digestório desses animais, o alimento passa da boca para a faringe, segue para o esôfago, em seguida, para o estômago, depois, para o intestino delgado, grosso e, por fim, para a cloaca. A cloaca é a saída dos sistemas digestivo, excretor e reprodutor. Os anexos são o fígado e o pâncreas. O alimento não aproveitado pelo organismo é eliminado pelo ânus.

Biologia

Diferentemente dos anfíbios, os répteis consomem água pela boca. Muitos bebem água de lagos, como os mamíferos e as aves. No caso das tartarugas, um dos pontos de destaque é que a boca é desprovida de dentes, possuindo placa córnea cortante (bico córneo).

receber ondas transmitidas pelas mandíbulas. Em outros répteis, a membrana timpânica (ouvido médio) pode estar na superfície ou em uma depressão na cabeça.

Os répteis possuem rins metanéfricos. Em alguns deles, a urina produzida nos rins é conduzida diretamente para a cloaca. Em outros casos, há uma bexiga urinária que armazena a urina antes de ser lançada na cloaca e eliminada. Essa estrutura, contudo, não aparece nos crocodilianos, nas serpentes e em alguns lagartos. Outra característica importante é que os répteis liberam uma urina semissólida, formada principalmente por ácido úrico (animais uricotélicos), íons e outros compostos. O ácido úrico não tem solubilidade em água e precipita rapidamente. A excreção do ácido úrico é outra adaptação desse grupo para reduzir a perda de água.

Quanto ao aspecto reprodutivo, os répteis tiveram como novidades evolutivas:

Sistema nervoso e sensorial O cérebro dos répteis é similar aos de outros vertebrados. Se comparados com os dos anfíbios, os hemisférios cerebrais são maiores e totalmente separados. Esse aumento de tamanho resulta em uma melhoria do sistema olfativo. O lóbulo óptico e o cerebelo também são maiores, o que reflete em uma maior precisão visual e uma coordenação mais refinada das funções musculares. Os répteis apresentam 12 pares de nervos cranianos e possuem os mesmos sentidos dos anfíbios: visão, olfato, audição e paladar.

A17  Anfíbios e répteis

O olfato é excepcionalmente desenvolvido, devido à presença do órgão de Jacobson, localizado na zona anterior do palato e que está em comunicação com a cavidade bucal por ductos, onde são detectadas as informações químicas dos ambientes. Esse órgão é mais desenvolvido nos escamados e ausente nos crocodilianos e quelônios. Ao retornar para o interior da boca, a língua toca o órgão de Jacobson, que detecta moléculas de odores. O fato de ser bífida permite à língua (das cobras e lagartos) detectar um gradiente de substâncias e localizar a sua origem, funcionando como um órgão olfativo acessório. Outro fator de destaque é uma estrutura sensorial inovadora localizada entre os olhos e as narinas, especificamente de cobras, chamada fosseta loreal. Este é um órgão termorreceptor, que possibilita que o animal perceba a presença de outros animais vivos por meio do calor emitido pelo corpo deles. De forma geral, o ouvido interno dos répteis é similar aos dos anfíbios. No caso das serpentes, os ouvidos detectam vibrações no substrato e no ar, por meio de adaptações para 18

Sistema reprodutor

n n

Fecundação interna por meio de cópula. O pênis, como órgão copulador, ocorre pela primeira vez entre os vertebrados. Desenvolvimento direto dentro do ovo com casca calcária porosa, que isola e protege o embrião. Ampliação dos tipos de anexos embrionários que garantem nutrição, oxigenação, hidratação e remoção de excretas do embrião.

A fecundação interna, independente da água, permite que os gametas (óvulos e espermatozoides) fiquem protegidos das influências do meio externo, garantindo maior taxa de fecundação. Normalmente, as fêmeas são ovíparas, isto é, quando fecundadas, põem ovos e os embriões se desenvolvem dentro deles, portanto, fora do corpo materno. A casca porosa do ovo proporciona a ocorrência de trocas gasosas entre o embrião e membranas embrionárias e o meio externo. Por outro lado, alguns lagartos e cobras peçonhentas podem ser: ovovivíparos – quando o ovo é posto depois de permanecer durante um certo tempo do desenvolvimento do embrião dentro do corpo da mãe; ou vivíparos – quando o desenvolvimento do embrião ocorre totalmente dentro do organismo da fêmea. Anexos embrionários A vesícula amniótica é uma bolsa cheia de líquido que garante o desenvolvimento do embrião em meio aquoso. Há também uma vesícula vitelínica, repleta de reservas alimentares - o vitelo, derivado de ovo telolécito e que, portanto, sofre segmentação parcial após a fecundação, garantindo a sobrevivência do embrião com alimentos provenientes do óvulo. Outro anexo embrionário importante para a sobrevivência do embrião no ambiente terrestre, os répteis possuem uma bolsa excretora - o alantoide, que recolhe o ácido úrico e o imobiliza na forma de cristais que não interferem na vida do embrião, já que é uma substância atóxica. Aderido à membrana da casca, há outro anexo embrionário- o cório. Ele se apresenta sob a forma de uma membrana ricamente vascularizada, garantindo as trocas gasosas respiratórias com o sangue, que encaminha o oxigênio para as células embrionárias.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

É importante lembrar que os répteis não apresentam fase larval. Ao concluir o desenvolvimento, o jovem indivíduo (com mais características de adulto), rompe a casca do ovo e passa a viver em ambiente externo. Anexos embrionários

Âmnio

Alantoide

Córion

Embrião

Saco vitelínico

Vitelo

Líquido amnió co

Casca

Albumina

Figura 16 - Representação esquemática do ovo de um réptil com seus anexos embrionários. Répteis e aves apresentam o mesmo tipo de ovo. Já os mamíferos apresentam os mesmos anexos embrionários, mas com disposições diferentes em relação aos ovos.

SAIBA MAIS COBRAS PEÇONHENTAS DO BRASIL.

Figura 17 - À esquerda, exemplo de uma cobra não peçonhenta, a sucuri. À direita, exemplo de uma cobra peçonhenta, a cascavel.

A17  Anfíbios e répteis

Fonte: Wikimedia Commons

Como vimos, determinadas cobras apresentam a fosseta loreal, órgão sensorial sensível ao calor, que caracteriza o animal como peçonhento. Essa estrutura permite que as serpentes detectem a presença de animais de sangue quente (aves e mamíferos), suas principais presas. Entre as cobras venenosas, destacam-se: a jararaca, a jararacuçu, a jararaca-ilhoa, a urutu, a cascavel e a surucucu. Já as cobras muçurana, falsa-coral e a cobra-cipó apresentam presas inoculadoras de veneno, situadas na região posterior da boca. Devido à localização das presas, o veneno não é inoculado de forma eficiente. Por isso, tais serpentes não representam perigo para o homem. Por outro lado, há as cobras que não são peçonhentas, mas que são bastante temidas. É o caso, por exemplo, da sucuri, que pode atingir até dez metros de comprimento. Este animal mata suas presas por estrangulamento. Já a jiboia, que pode chegar a três metros de comprimento, não ataca o homem.

Biologia

Veja na tabela a seguir outras características utilizadas para diferenciar uma cobra peçonhenta de uma não peçonhenta. Contudo, os critérios utilizados para a diferenciação entre os dois tipos de cobras apresentam exceções. A cobra coral-verdadeira, por exemplo, é peçonhenta, mas não apresenta fosseta loreal e tem cabeça arredondada. Venenosas

Não Venenosas

Cabeça chata, triangular e bem destacada.

Cabeça estreira, alongada e mal destacada.

Olhos pequenos, com pupila em fenda ver cal e fosseta loreal entre os olhos e as narinas.

Olhos grandes, com pupila circular e osseta loreal ausente.

Escamas do corpo alongadas, pontudas, imbricadas, com carena mediana, dando ao tato uma impressão de aspereza.

Escamas achatadas, sem carena, dando ao tato uma impressão de liso, escorregadio.

Cabeça com escamas pequenas semelhantes às do corpo.

Cabeça com placas em vez de escamas.

Cauda curta e afinada bruscamente.

Cauda longa, afinada gradualmente.

Quando perseguida, toma a tude de ataque, enrodilhando-se.

Quando perseguida, foge.

SAIBA MAIS EXTINÇÃO DOS DINOSSAUROS Os dinossauros foram extintos há 66 milhões de anos, aproximadamente, no final do período Cretáceo e da era Mesozoica. Na ocasião, diversos tipos de animais foram aniquilados, como algumas espécies de peixes, répteis, mamíferos, aves e tubarões. Entretanto, outras espécies sobreviveram, como os lagartos, rãs, tartarugas, salamandras, diversas espécies marinhas, crocodilos, mamíferos, artrópodes e aves (descendentes dos dinossauros). No campo científico, a teoria mais aceita para essa extinção em massa, atualmente, é a de uma colisão da Terra com um asteroide, que extinguiu cerca de 75% da vida no Planeta. O vazio provocado pela extinção acabou por se revelar como uma oportunidade para outros animais aparecerem. Nesse cenário, os mamíferos se diversificaram e surgiram cavalos, baleias, morcegos e primatas.

Fonte: Wikimedia Commons

A17  Anfíbios e répteis

Figura 18 - Fauna no final do período Cretáceo.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

02. (Enem MEC) Surgidos há 370 milhões de anos, os anfíbios apresentam inovações evolutivas que permitiram a eles tornarem-se os primeiros vertebrados a colonizar o ambiente terrestre, passando apenas parte da vida no meio aquático. Apesar disso, alguns aspectos fisiológicos limitam a sua distribuição; por exemplo, no Brasil existe uma diversidade menor de espécies na Região Sul. A característica adaptativa que limita a distribuição geográfica desses organismos é a a) presença de embriões protegidos por ovos. b) ocorrência de metamorfose na fase de girino. c) incapacidade de controle interno da temperatura. d) excreção de resíduos nitrogenados na forma de ureia. e) realização de trocas gasosas por pulmões e tegumento. 03. (Udesc SC) Analise as proposições quanto às características dos anfíbios. I. A reprodução é sexuada, com fecundação externa, e são de sexos distintos (macho e fêmea). II. São homeotérmicos, ou seja, mantêm a temperatura corpórea praticamente constante, independente das variações térmicas do ambiente. III. Apresentam pele lisa e glândulas mucosas, que são responsáveis pela manutenção da umidade da pele. IV. São amniotas, pois apresentam bolsa amniótica ou âmnio que protege o embrião. Assinale a alternativa correta. a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I, II e III são verdadeiras. c) Somente as afirmativas I, II e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. e) Todas as afirmativas são verdadeiras. 04. (IFGO) Os anfíbios são conhecidos como os primeiros vertebrados a transitarem entre o meio aquático e o terrestre. A ordem mais expressiva da classe Amphibia é a dos anuros,

que tem como representantes os sapos, rãs e pererecas. Assinale a alternativa que contém os três tipos de respiração realizados pelos sapos na fase adulta. a) Cutânea, traqueal e branquial. b) Gular, pulmonar e traqueal. c) Difusão, filotraqueal e cutânea. d) Branquial, difusão e gular. e) Cutânea, gular e pulmonar. 05. (Unicastelo SP) Os répteis foram os primeiros vertebrados a conquistar definitivamente o ambiente terrestre. Decisiva para essa conquista e ausente em peixes e anfíbios, a novidade adaptativa adquirida por esses animais foi a presença de a) sistema reprodutor com fecundação interna e produção de ovo amniótico, revestido por casca calcária. b) pálpebras móveis e glândulas lacrimais para proteger o olho em meio seco e repleto de partículas. c) pulmões com mecanismo de bombeamento à pressão, que possibilitaram a respiração no meio terrestre. d) sistema tegumentar com glândulas mucosas e serosas, que tornou o animal mais resistente à desidratação. e) coluna vertebral bem desenvolvida e reforçada por costelas fortes, para sustentação do corpo. 06. (UEMG) “Zoiuda (...) Foi numa noite que ele conheceu Zoiuda. Foi numa noite - e nem poderia ser de outra forma, já que, como as prostitutas e as estrelas, as lagartixas também são seres da noite e só nela, ou de preferência nela, se mostram - , foi numa noite que ele a viu pela primeira vez. Era uma sexta-feira e ele tinha acabado de chegar da rua: quando se aproximou da talha para tomar um copo d’água, lá estava a lagartixa, na parede, perto do vitrô que dava para a área de serviço do apartamento onde ele morava, no décimo andar. Era esbranquiçada, um pouco mais cabeçudinha que o comum, e quase rabicó. Mas foram os olhos, foram os olhos o que mais lhe chamou a atenção: exorbitados, duas bolinhas brilhantes, parecendo duas miçangas.”VILELA, 2013, p.11 O animal citado no texto se encaixa em um mesmo agrupamento de cobras e lagartos. Esta classe animal se caracteriza A17  Anfíbios e répteis

01. (Faculdade Baiana de Direito BA) A transição do ambiente aquático para o ambiente terrestre foi marcada pelo surgimento de diversas características que possibilitaram a sobrevivência e a reprodução dos seres vivos neste novo ambiente. Uma adaptação dos seres vivos ao ambiente terrestre é a) a ectotermia, presente em aves e mamíferos. b) a pele úmida, comum a todos os anfíbios. c) o exoesqueleto quitinoso, característico dos equinodermos. d) a presença dos gametas flagelados nas rodofíceas. e) a presença de clorofila A nas algas verdes.

por possuir, entre outras características, a) reprodução assexuada por regeneração. b) circulação sanguínea aberta. c) excreção predominante de ureia. d) respiração pulmonar.

Biologia

Exercícios Complementares 01. (UFG) No último verão, devido a um fenômeno meteorológico, no qual uma imensa massa de ar quente e seco estacionou no território brasileiro bloqueando as frentes frias, as temperaturas passaram de 36 °C em diversas regiões, e a sensação térmica foi ainda maior. Os vertebrados possuem mecanismos fisiológicos para detectar tal sensação e estruturas orgânicas para responderem a alguns fatores abióticos envolvidos nessa situação climática. Nesse cenário, os anfíbios são mais susceptíveis ao risco de morte. Nesse sentido, conclui-se que os fatores abióticos detectados por esses animais e o motivo pelo aumento de fragilidade no contexto descrito são, respectivamente, a) temperatura e umidade; presença de glândula uropigeana. b) temperatura e umidade; presença de tênue queratinização da pele. c) evaporação e convecção; ausência de escamas epidérmicas. d) umidade e evaporação; presença de glândula uropigeana. e) evaporação e convecção; presença de tênue queratinização da pele. 02. (Unesp SP) Leia os versos da música Águas de Março, de Tom Jobim. É pau, é pedra, é o fim do caminho É um resto de toco, é um pouco sozinho É um passo, é uma ponte, é um sapo, é uma rã É um belo horizonte, é uma febre terçã São as águas de março fechando o verão É a promessa de vida no teu coração (www.radio.uol.com.br)

A17  Anfíbios e répteis

O sapo, a rã e a febre terçã não fazem parte dos versos apenas por uma necessidade de rima, também têm relação com as chuvas que caem em regiões de clima tropical. Sobre o sapo e a rã, referidos na letra de Tom Jobim, é correto afirmar que a) fazem parte de um mesmo táxon, Amphibia, ao mesmo tempo em que diferem em categorias taxonômicas abaixo deste. b) a reprodução no período de chuvas lhes confere vantagem adaptativa sobre os répteis, o que lhes permite explorar uma maior diversidade de hábitats. c) têm em comum com alguns insetos o fato de passarem por metamorfose durante o desenvolvimento, o que os torna evolutivamente próximos aos insetos e distantes dos demais vertebrados. d) compartilham entre si um ancestral comum mais antigo que aquele que compartilham com os répteis ou mamíferos. e) são o macho e a fêmea de uma mesma espécie, podendo cruzar entre si e deixar descendentes férteis.

03. (UEPG PR) Os anfíbios são animais extremamente dependentes do ambiente aquático, em especial, na fase reprodutiva. Sobre a reprodução desses animais, assinale o que for correto. 01. Seus ovos sem casca, apenas com envoltório gelatinoso, só se mantêm viáveis em meio aquático. A fecundação é externa, como na maioria dos peixes. 02. Os machos, em cópula, despejam seu líquido seminal sobre um cordão gelatinoso que envolve os óvulos à medida que eles saem pela cloaca da fêmea. Uma vez fecundados, os ovos recebem diferentes cuidados. Em algumas espécies, eles se desenvolvem nos sacos vocais, em reentrâncias da pele dorsal, enrolados nas pernas ou simplesmente enovelados, aos milhares, em plantas aquáticas. Em pouco tempo surgem as larvas, que nos anuros são os girinos. 04. Antes da metamorfose, os girinos aumentam muito de tamanho. A primeira modificação marcante é o aparecimento das pernas posteriores. Em seguida amplia-se a boca, atrofiam-se as brânquias, surgem as pernas anteriores, menores, e acentua-se a regressão da cauda, que desaparece rapidamente. As substâncias da cauda são reabsorvidas e reaproveitadas para a sequência do desenvolvimento. 08. Não é de se estranhar que o estágio com pernas e cauda seja de curta duração, pois é um período crítico da vida desse anfíbio. Isso porque o desajeitado animal aquático tem dificuldade em nadar com as pernas e não salta bem na terra porque a cauda atrapalha. Torna-se, portanto uma presa fácil para os predadores. 16. A metamorfose dos anfíbios é controlada pelos hormônios tireoidianos. 04. (Unitau SP) As mais importantes evidências da transição dos seres vivos dos ambientes aquáticos para o ambiente terrestre são reconhecidas por meio dos fósseis do período Siluriano, na era Paleozoica, há aproximadamente 430 milhões de anos. A conquista desse ambiente obrigou esses seres vivos a enfrentarem uma série de desafios. Entretanto, a despeito de dificuldades, o ambiente terrestre também ofereceu vantagens. Assinale a alternativa que apresenta, respectivamente, uma vantagem e uma desvantagem oferecidas aos seres vivos por meio da conquista do ambiente terrestre.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

a) Maior disponibilidade de oxigênio e de água.

aquático. Com relação às características e adaptações deste

b) Menor facilidade de locomoção e menor disponibilidade

grupo animal, assinale o que for correto.

de alimento. c) Maior facilidade de locomoção e maior disponibilidade de

01. Visto que os répteis são endotérmicos, ou seja, são animais que controlam a sua temperatura corporal, é co-

oxigênio.

mum que estes animais se escondam em locais de som-

d) Menor disponibilidade de água e menor disponibilidade

bra, como os buracos no caso das serpentes, para evitar

de alimento

perda excessiva de calor.

e) Maior disponibilidade de oxigênio e menor disponibilida-

02. No ovo dos répteis, o saco vitelínico possui pouco vite-

de de água.

lo. O âmnio recebe as excretas do embrião na forma de amônia e o alantoide fornece proteção e evita a desidra-

05. (FuvestSP) As briófitas, no reino vegetal, e os anfíbios, entre os vertebrados, são considerados os primeiros grupos a conquistar o ambiente terrestre. Comparando os, é correto

tação dos animais. 04. A pele grossa e seca dos répteis (sem glândulas mucosas), bastante queratinizada, evita a perda excessiva de água.

afirmar que,

Além disso, o esqueleto ósseo e os músculos são mais for-

a) nos anfíbios e nas briófitas, o sistema vascular é pouco desenvolvido; isso faz com que, nos anfíbios, a temperatura não seja controlada internamente.

tes do que nos anfíbios. 08. Os répteis possuem fecundação externa e ainda dependem do ambiente aquático para o encontro de seus gametas,

b) nos anfíbios, o produto imediato da meiose são os gametas;

porém uma importante adaptação ao ambiente terrestre

nas briófitas, a meiose origina um indivíduo haploide que

foi o desenvolvimento do embrião em um ovo com cas-

posteriormente produz os gametas.

ca porosa, o qual fornece proteção e permite troca gasosa

c) nos anfíbios e nas briófitas, a fecundação ocorre em meio seco; o desenvolvimento dos embriões se dá na água. d) nos anfíbios, a fecundação origina um indivíduo diploide e,

com o ambiente. 16. O pulmão dos répteis apresenta maior superfície relativa e é mais eficiente do que dos anfíbios, contribuindo para o

nas briófitas, um indivíduo haploide; nos dois casos, o indiví-

sucesso do animal no ambiente terrestre, pois dispensa a

duo formado passa por metamorfoses até tornar-se adulto.

pele da função respiratória.

e) nos anfíbios e nas briófitas, a absorção de água se dá pela epiderme; o transporte de água é feito por difusão, célula a célula, às demais partes do corpo. 06. (UFRGS) Observe a tira abaixo, que ilustra hábitos dos ofídios.

08. (UEL PR) O aparecimento de ovos com casca foi uma evolução adaptativa dos répteis para a conquista definitiva do ambiente terrestre pelos cordados. Além do ovo com casca, há outras adaptações que permitiram que os répteis pudessem sobreviver no ambiente terrestre quando comparadas com as adaptações dos anfíbios. Portanto, há adaptações que surgem nos anfíbios e permanecem nos répteis e há adaptações que têm sua origem pela primeira vez nesse grupo. Sobre as características adaptativas associadas à conquista do ambiente terrestre que surgiram pela primeira vez nos répteis,

Assinale a alternativa que apresenta a afirmação correta sobre características do ofídio representado na tira. a) Mandíbula com dupla articulação. b) Caixa torácica com costelas unidas ao esterno. c) Corpo recoberto por escamas e placas córneas. d) Fecundação externa. e) Ausência de dentes nos maxilares. 07. (UEPG PR) Em comparação aos anfíbios, os répteis possuem

considere as afirmativas a seguir. I.

Pernas locomotoras e respiração pulmonar.

II.

Ectotermia e dupla circulação.

III.

Queratinização da pele e ácido úrico como excreta nitrogenado.

IV.

Ovo amniota e desenvolvimento direto.

A17  Anfíbios e répteis

Fonte: Fernando Gonsales. Zero Hora. 26 jul. 2014.

Assinale a alternativa 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.

uma série de adaptações que os permitiram conquistar o am-

d) Somente as afirmativas I, II e III são corretas.

biente terrestre, levando a uma independência do ambiente

e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 23

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A18

ASSUNTOS ABORDADOS n Mamíferos n Evolução e origem n Estrutura e fisiologia n Principais subclasses e ordens

MAMÍFEROS Evolução e origem Os primeiros mamíferos surgiram na era Mesozoica, no período Triássico, há aproximadamente 200 milhões de anos. São os atuais descendentes dos sinapsídeos (classe dos cordados que apresenta o crânio com fenestra temporal pós-orbital em posição inferior), o primeiro grupo bem estabelecido de amniotas que surgiu no período Carbonífero Superior. Os sinapsídeos apresentavam várias características dos mamíferos. Notadamente, percebia-se a existência de uma única fossa temporal de cada lado do crânio e a diferenciação de dentes molares. Mas,em geral, sua anatomia manteve-se tipicamente reptiliana, com membros transversais, coanas (aberturas nasais posteriores) e uma pequena cavidade neurocraniana.

Fonte: Wikimedia commons

A classe Sinapsida subdividia-se em duas ordens: a Pelicosauria, um grupo mais primitivo; e a Therapsida, conhecida também como répteis mamalianos evoluídos, que representam a transição para os verdadeiros mamíferos. Associado à ordem Therapsida, encontra-se o grupo cinodonte, que marcou a transição entre répteis e mamíferos, há aproximadamente 210 milhões de anos. Nos cinodontes, observam-se vários traços mamalianos, como a fossa temporal aumentada. Além disso, o número de ossos que formam a parte superior do crânio é reduzido, diferencia-se o palato secundário e os dentes tornam-se cada vez mais complexos e especializados. Apesar de o seu surgimento ter acontecido há mais de 200 milhões, a diversificação dos mamíferos só ocorreu há 68 milhões de anos, após a extinção dos grandes répteis.

Figura 01 - Paisagem do Triássico: à beira d’água, o cinodonte Menadonbesairiei com seus filhotes, seguidos por um bando de Santacruzodon hopsoni. À esquerda, um Dagasuchussanta cruzensis, réptil carnívoro como o Chanaresuchus bonapartei (atrás da árvore).

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sistema esquelético e tegumentar

As glândulas epidérmicas também estão presentes no tegumento dos mamíferos e são classificadas em: n

Sudoríparas – responsáveis pela produção de suor (ausentes em mamíferos aquáticos); auxiliam na manutenção térmica e excreção de sal e ureia. Sebáceas – recobrem o pelo e previnem contra a dessecação da pele (também são ausentes em mamíferos aquáticos). Mamárias – produzem leite para a nutrição dos filhotes.

As escamas reptilianas, ao longo da evolução, originaram o pelo. O conjunto de pelos designa-se pelagem, em que cada um cresce a partir de um folículo piloso, tal como as penas das aves ou as escamas dos répteis. O pelo é uma sucessão de células fortalecidas com queratina e funciona como um isolante térmico, dificultando a dissipação do calor da superfície da pele para o ambiente. Os mamíferos são endotérmicos e além dos pelos possuem como recurso de isolamento térmico as variações de espessura do tecido adiposo abaixo da pele, dependendo da

Temperatura ambiente (°C) Figura 02 - Gráfico evidenciando a diferença da temperatura corporal entre um animal homeotérmico e um ectotérmico. A temperatura corpórea do homeotérmico não varia em relação à temperatura ambiental, diferentemente do animal ectotérmico.

O corpo dos mamíferos é sustentado por um endosqueleto totalmente ossificado, que apresenta cartilagem apenas nas zonas articulares. É dividido em cabeça, tronco e quatro patas (exceto cetáceos) com até 5 dedos. Além disso, existem espécies quadrúpedes (a maioria) e outras bípedes (cangurus e o homem). Sistema respiratório Para manter o corpo quente quando o ambiente resfria, por exemplo, é necessário energia. A energia para a endotermia e para a manutenção da taxa metabólica elevada, com grande atividade cerebral e muscular dos mamíferos, depende da respiração e da circulação. A respiração é pulmonar e os pulmões são do tipo alveolares, ou seja, com grande superfície para realizar a hematose. O ar entra pelas vias respiratórias até os pulmões, onde ocorrem trocas gasosas com o sangue. Até mesmo os mamíferos aquáticos têm pulmões. Eles precisam vir à superfície para respirar. Nesse caso, apresentam músculos localizados entre as costelas, que atuam nos movimentos respiratórios. Uma característica exclusiva desse grupo é a existência do diafragma, um músculo transversal que separa a cavidade torácica, com coração e pulmões, da cavidade abdominal, onde estão as demais vísceras. Esse músculo, ao se contrair e relaxar, promove os movimentos de inspiração e expiração. 25

A18  Mamíferos

Nos mamíferos, abaixo da pele, há uma camada contínua de tecido conjuntivo adiposo subcutâneo. A espessura dessa camada varia muito de uma espécie para outra, de acordo com o habitat, ou mesmo de uma região do corpo para outra. Portanto, existem vários anexos tegumentares e todos são formados à base de queratina. As garras, por exemplo, são estruturas fortes que recobrem os ossos terminais dos dígitos, podendo ser retráteis, como as observadas em felinos. Protegendo os dígitos, temos também os cascos- típicos das ordens Artiodactyla (ex: antílopes, veados, boi) e Perissodactyla (ex: rinoceronte, cavalos, zebras) e as unhas - encontradas apenas nos primatas. Já as baleias verdadeiras (subordem Mysticestes) possuem projeções do epitélio bucal, utilizados na alimentação, conhecidos como barbatanas bucais.

(e ct ot ér m ico )

Algumas características são exclusivas e presentes em toda a classe. Entre elas, destacam-se: pelos; glândulas sebáceas, sudoríparas e mamárias; diafragma; dentes diferenciados em incisivos, caninos, pré-molares e molares.

Rato (endotérmico)

La ga r

Os mamíferos constituem a classe Mammalia, pertencente ao reino Animalia, ao filo Chordata e à superclasse Tetrapoda. Essa classe é bastante diversificada e inclui seres com as mais diversas características e hábitos de vida. São animais que vivem em praticamente todos os ambientes, não existindo nenhuma espécie parasita. No total, existem cerca de 4800 espécies diferentes de mamíferos.

latitude em que vivem. A endotermia permite-lhes permanecer ativos mesmo a temperaturas muito elevadas ou muito baixas. Esse fato justifica sua larga distribuição em todos os tipos de habitats.

Temperatura corporal(°C)

Estrutura e fisiologia

Biologia

Sistema circulatório

Pulmão

A circulação dos mamíferos é fechada, dupla e completa, sem que haja mistura de sangue venoso com Sangue com gás Sangue com oxigênio carbônico é enviado vai para o coração arterial. Assim como o coração das aves, o coração dos ao pulmão mamíferos apresenta quatro cavidades: dois átrios e Artéria aorta Artéria pulmonar dois ventrículos. A passagem do sangue pelas câmaA A Átrio direito ras é controlada por valvas que permitem fluxo sanÁrtrio esquerdo V V Ventriculo direito Ventrículo esuquerdo guíneo em uma única direção. O ventrículo esquerdo bombeia sangue oxigenado, levado pelas artérias. Dos órgãos saem o sangue com gás carbônico que, pelas Sangue com veias, são levados para o coração, entrando pelo átrio Sangue com gás carbônico oxigênio é direito, passando pelo ventrículo direito, indo para o volta ao coração bombeado pelo pulmão receber oxigênio. Do pulmão, as veias levam coração pelo corpo Corpo o sangue para o átrio esquerdo do coração, seguindo Figura 03 - Representação esquemática do sistema circulatório dos mamíferos. para o ventrículo esquerdo e indo para o corpo. Ao contrário dos demais vertebrados, o sangue possui hemácias anucleadas, exceto em camelos e dromedários, com grande quantidade de hemoglobina. Sistema digestório e excretor O sistema digestório dos mamíferos é formado por um longo tubo que se estende da boca ao ânus. Vários órgãos e glândulas produzem sucos digestivos que vão digerindo as substâncias nutritivas dos alimentos (proteínas, gorduras, açúcares) até que elas se reduzam a moléculas tão pequenas que o intestino consiga absorvê-las. Os restos - que não são digeridos ou aproveitados - são eliminados pelo ânus sob a forma de fezes. Em mamíferos primitivos, como os ovíparos, ornitorrinco e equidna, o sistema digestório finaliza em uma cloaca, semelhante aos ancestrais répteis. Os mamíferos apresentam uma variedade de modos de alimentação. Isso porque os dentes incisivos, caninos e molares, especializados em cortar, rasgar e amassar os alimentos, respectivamente, contribuem para a mastigação de diversos tipos de alimentos. Conforme o tipo de alimentação, os mamíferos são classificados em: n n n

Carnívoros: quando a dieta se baseia no consumo de proteína. Dentre os exemplos estão: raposas, cães, onças e leões (possuem caninos mais desenvolvidos); Onívoros: apresentam a dieta mais diversificada, alimentando-se de fontes animais e vegetais. Destacam-se como exemplo: os ursos, primatas e porcos; Insetívoros: possuem os dentes pontudos para que consigam quebrar o exoesqueleto resistente dos insetos e têm o intestino pequeno. Os roedores, como a capivara, por exemplo, possuem os dentes incisivos com crescimento contínuo, que são permanentemente desgastados devido ao hábito de roer. Herbívoros: os dentes caninos são rudimentares ou ausentes e os molares são bem desenvolvidos. Alimentam-se de vegetais e alguns apresentam adaptações para a digestão de celulose como, por exemplo, um longo intestino para que a celulose seja efetivamente quebrada e os nutrientes sejam absorvidos. Outra adaptação é o estômago dividido em quatro câmaras. Como exemplo, destacam-se: girafas, veados e bovinos. Esse grupo é denominado ruminante e está incluído na ordem Perissodáctila.

Digestão dos ruminantes A18  Mamíferos

Os ruminantes se alimentam, predominantemente, de gramíneas, que são cortadas e engolidas quase sem mastigação. Em seguida, o alimento é direcionado para o primeiro compartimento gástrico – pança ou rúmen. Nesse compartimento, alguns microrganismos, como bactérias e protozoários, produtores de enzima celulase, se reproduzem continuamente. Assim, a celulase começa sua atuação sobre o alimento ingerido, que 26

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segue então para o segundo compartimento gástrico - barrete ou retículo. A atividade da enzima microbiana continua no barrete e, então, o alimento é regurgitado e novamente na boca será lentamente mastigado (ruminação). Em uma segunda deglutição, o material é remetido ao barrete e chega ao terceiro compartimento gástrico-omaso ou folhoso. No último compartimento – abomaso ou coagulador (o estômago químico verdadeiro do animal) ocorrerá a digestão dos microrganismos que fornecem suprimento de aminoácidos aos ruminantes. A interação ecológica entre o mamífero e esses microrganismos, inicialmente, é o mutualismo. Entretanto, na sequência do processo digestivo, no último compartimento gástrico, a interação ecológica existente é o predatismo. Do abomaso, o material digerido quimicamente segue para o intestino. Retículo ou barrete Omaso ou folhoso

Esôfago

Abomaso ou coagulador Rúmen ou Pança Intestino delgado

Intestino delgado Esôfago

Retículo ou barrete Omaso ou folhoso Abomaso ou coagulador

Figura 04 - Representação esquemática do sistema digestório dos ruminantes. As setas em vermelho indicam o caminho do alimento na primeira deglutição e as setas em azul indicam o caminho do alimento na segunda deglutição.

Os líquidos corporais dos mamíferos adultos são filtrados por dois rins metanéfrons. As excretas são levadas por ureteres para a bexiga, onde são armazenadas. Da bexiga, as excretas saem pela uretra para serem liberadas pelos órgãos excretores. Todos os mamíferos excretam ureia (daí surge o termo“ureotélicos”), que é uma excreta nitrogenada que necessita de água para ser produzida. Por isso, em corpos com baixo consumo de água, o volume urinário é baixo. Os mamíferos ovíparos são animais uricotélicos (ou seja, excretam ácido úrico) cujo sistema excretor finaliza-se na cloaca. Sistema nervoso e sensorial Os mamíferos possuem um sistema nervoso altamente complexo e é o mais desenvolvido dentre todos os vertebrados. Além disso, o cérebro dos mamíferos é proporcionalmente maior que dos outros animais, o que permite maior grau de inteligência em relação aos demais.

A18  Mamíferos

O sistema nervoso dessa classe é composto pelo sistema nervoso central e periférico. O principal órgão do sistema nervoso central é o encéfalo, que apresenta diversos lobos e inúmeras células nervosas, ocasionando uma complexidade de comportamentos. Por sua vez, o sistema nervoso periférico é constituído por nervos cranianos em número de doze pares e nervos raquidianos distribuídos para o corpo ao longo da medula nervosa. O sistema sensorial varia, em grau de sensibilidade, conforme os hábitos dos animais. Os animais noturnos, por exemplo, têm olfato bem desenvolvido. Já a visão é mais apurada em animais de hábitos diurnos. Eles possuem ouvido externo - que captura direcionalmente as ondas sonoras – e também ouvido médio e interno. O ouvido interno se relaciona à audição e ao equilíbrio. 27

Biologia

Sistema reprodutor A reprodução dos mamíferos é sexuada, com fecundação interna e desenvolvimento direto. Há espécies ovíparas, como o ornitorrinco, cujas fêmeas botam ovos semelhantes aos dos ancestrais répteis. Nesse caso, o ovo é telolécito (com grande quantidade de vitelo) e a segmentação é parcial discoidal. Os mamíferos placentários são vivíparos, ou seja, os filhotes se desenvolvem no interior do corpo da fêmea. O ovo é oligolécito (com reduzida quantidade de vitelo) e a segmentação é total e igual. O órgão copulador da fêmea é o canal vaginal que também funciona como canal do parto. Embora a viviparidade limite o número de filhotes por gestação, ela representa um fator vantajoso evolutivamente, uma vez que aumenta as chances de sobrevivência e o sucesso da reprodução. O tempo de gestação e a quantidade de filhotes originados a cada ciclo reprodutivo variam conforme o volume corporal da espécie. Os gambás, por exemplo, podem originar até 13 filhotes em uma única ninhada e possuem um período de gestação de 13 dias. Já o elefante tem somente um filhote e o período de gestação é relativamente longo – 22 meses. De forma geral, os filhotes de todos os mamíferos recebem cuidados dos pais antes de se tornarem independentes. Esse fato, aliado à amamentação, garante a sobrevivência do recém-nascido. Por sua vez, a viviparidade, que protege o embrião dentro do corpo da fêmea, resulta em uma curva de sobrevivência diferenciada das demais curvas de outros vertebrados, pois o mamífero mais “jovem” vive o período em que tem sua maior taxa de sobrevivência. Assim, no início do desenvolvimento, são menos vulneráveis aos predadores e demais condições de subtração da vida. Assim como os répteis e aves, o embrião dos mamíferos está envolvido pelo âmnio, que o mantém hidratado e protege contra choques mecânicos. Mas, ao contrário dos répteis e aves, os mamíferos apresentam saco vitelínico e alantoide reduzidos e unidos, formando uma estrutura única chamada de cordão umbilical. Este cordão umbilical permite a comunicação entre o embrião e a placenta, apresentando duas artérias e uma veia. As artérias removem sangue venoso fetal e o conduz até a região da placenta. Na placenta, o sangue do feto torna-se arterial e é reconduzido ao feto pela veia umbilical. A placenta é responsável por garantir a nutrição do feto, as trocas gasosas, a remoção de excretas nitrogenadas (ureia), a imunidade e a função endócrina como produtora de progesterona. O cório também irá envolver o embrião e auxiliar na formação da placenta (vilosidades coriônicas), juntamente com a mucosa uterina. Portanto, a placenta é um anexo embrionário exclusivo dos mamíferos e de origem dupla: embrionária (cório) e materna. EMBRIÃO DE MAMÍFERO OVÍPARO

EMBRIÃO PLACENTÁRIO Cório Embrião Alantoide Saco vitelínico

A18  Mamíferos

Casca do ovo

Alantocório

Vilosidades coriônicas Parede uterina

Cavidade amnió ca

Cordão umbilical

Placenta

Figura 05 - Representação esquemática da comparação entre os embriões de um mamífero ovíparo com o de um mamífero placentário, evidenciando as diferenças entre os anexos embrionários.

Fonte: Wikimedia Commons

Âmnio

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Principais subclasses e ordens Subclasse Prototheria Os animais dessa subclasse são conhecidos também como prototérios. Eles são ovíparos, aplacentados (sem placenta) já que as fêmeas não têm útero e adélfios (sem vagina). As glândulas mamárias são ditas “imperfeitas”, pois não têm mamilos. Nesse caso, o leite “brota” pela pele e os filhotes lambem a pele da mãe para se alimentarem. A principal ordem dessa subclasse é a monotremata. Ordem Monotremata

Fonte: Wikimedia commons

Essa ordem inclui os mamíferos mais primitivos. Como exemplo, podem ser citados o ornitorrinco e a equidna, encontrados atualmente na Austrália e na Nova Guiné.

Figura 06 - Ornitorrinco- representante da ordem monotremata, da classe Mammalia.

Subclasse Metatheria Os metatérios são vivíparos. Contudo, nascem prematuramente graças a uma placenta rudimentar que tem funcionalidade curta. São animais de útero e vagina dupla (didélfios) e a principal ordem desse grupo é a Marsupialia. Ordem Marsupialia Os metatérios ou marsupiais são vivíparos e seus embriões iniciam o desenvolvimento no útero materno. Após um curto período de gestação, nascem e, agarrando-se aos pelos maternos, instalam-se no marsúpio, uma bolsa formada por uma prega de pele que as fêmeas têm na região abdominal. No marsúpio, os filhotes abocanham os mamilos das glândulas mamárias, sugando o leite materno até completarem seu desenvolvimento. Como exemplo, destacam-se: cangurus, coalas, vombates, gambás e cuícas.

A18  Mamíferos

Fonte: Wikimedia Commons

Figura 08 - Vombate: outro representante da ordem dos marsupiais.

Fonte: Wikimedia Commons

Figura 07 - Os coalas são mamíferos classificados como marsupiais.

Biologia

Fonte: Wikimedia Commons

Subclasse Eutheria Os eutérios ou placentários são vivíparos e passam por um período de gestação suficiente para nascerem completamente formados. As fêmeas têm útero e canal vaginal. Durante o desenvolvimento embrionário (no útero), forma-se a placenta,que é funcional por toda a gestação. Por ser a maior subclasse, apresenta uma maior diversificação de modos de vida e maior quantidade de ordens. Algumas delas são: Artiodactyla, Perissodactyla, Proboscidea, Cetacea, Carnívora, Chiroptera, Rodentia, Lagomorpha e Primata. Ordem Artiodactyla Artiodáctilos são mamíferos herbívoros com número par de dedos (dois ou quatro), protegidos por cascos. São exemplos: camelos, lhamas, girafas, veados, bois, cabras, carneiros, porcos e hipopótamos. Ordem Perissodactyla Perisodáctilos são mamíferos com número ímpar de dedos (um ou três) e caminham sobre os cascos. Entre eles, destacam-se: zebras, rinocerontes, antas e cavalos.

Fonte: Wikimedia commons

Figura 09 - Veado - representante dos artiodáctilos.

Figura 10 - Rinocerontes - representante dos perisodáctilos.

Ordem Proboscidea

A18  Mamíferos

Figura 11 - Elefante - representante dos proboscídeos.

Fonte: Wikimedia commons

Os mamíferos proboscídeos apresentam o nariz e o lábio superior transformados em tromba e dentes incisivos superiores bem desenvolvidos. O único animal dessa ordem é o elefante.

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Ordem Cetacea

Fonte: Wikimedia Commons

Os cetáceos são animais aquáticos, principalmente marinhos, com membros posteriores transformados em nadadeiras. As narinas abrem-se no alto da cabeça. Como exemplo, podem ser citados os golfinhos, as baleias e os botos- espécie endêmica nos rios da região Amazônica. Esses animais possuem uma camada de gordura muito grossa sob a pele, o que impede que eles percam calor do corpo para o ambiente. É importante lembrar que, na fase embrionária, baleias e golfinhos apresentam pelos e, quando adultos, algumas espécies apresentam cílios (pelos) nas pálpebras. Outras espécies têm vibrissas (bigodes), embora a superfície da pele corporal seja desprovida de pelos.

Figura 12 - Golfinhos - representantes dos cetáceos.

Ordem Carnívora

Fonte: Wikimedia Commons

Figura 13 - Leões - representantes dos carnívoros.

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Os animais carnívoros apresentam dentes caninos bem desenvolvidos, podendo ser terrestres ou aquáticos. Nesse caso, os membros são achatados e funcionam como remos. São exemplos: cães, gatos, leões, lobos, tigres, onças, morsas, focas, ursos, raposas e hienas, entre outros.

Biologia

Fonte: Wikimedia Commons

Ordem Chiroptera Mamíferos quirópteros são voadores e possuem os membros anteriores transformados em asas (patágio). O morcego verdadeiro e a raposa voadora (uma espécie de morcego) são exemplos dessa ordem de animais. Ordem Rodentia

Fonte: Wikimedia Commons

Figura 14 - Morcego, um mamífero quiróptero.

Os roedores são animais mamíferos da ordem Rodentia. Existem cerca de duas mil espécies no mundo, destacando-se entre elas: ratos, esquilos, musaranhos, chinchilas, porquinhos-da-índia etc. Há grande diversidade entre essa ordem de animais, mas existe uma característica em comum a todos eles: a forte e poderosa dentição. Os roedores podem ser encontrados em todos os continentes, com exceção da Antártida. Outra característica comum entre a maioria deles é a reprodução rápida, já que as fêmeas são capazes de gerar muitos filhos em um único ano.

Figura 15 - Representante da ordem rodentia: o musaranho, um pequeno mamífero que possui uma grande taxa de metabolismo e por isso precisa comer o tempo todo. Algumas espécies podem morrer se ficarem mais de seis horas sem comer. No Brasil não existe nenhuma espécie desse grupo. Entretanto, em outras partes do mundo já foram descritas cerca de 423 espécies. Dentre elas, destaca-se o musaranho-pigmeu menor mamífero do mundo, cujo comprimento é de aproximadamente 52 mm.

Ao todo, existem cerca de 180 espécies de mamíferos primatas. Esses animais apresentam diversas características em comum, como: cérebro bem desenvolvido com aumento do córtex, somente duas mamas, capacidade de ficar sobre os pés e elevar o tronco (bípede facultativo), presença de polegares opositores nas mãos e nos pés, garras modificadas em unhas para proteger a ponta dos dedos, além do desenvolvimento da visão com olhos dispostos lateralmente.

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Figura 16 - Filhote de orangotango, um mamífero da ordem Primata.

Fonte: Wikimedia Commons

Ordem Primata

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Fonte: Wikimedia Commons

Ordem Lagomorpha Os lagomorfos constituem uma ordem de mamíferos herbívoros, de pequeno porte, que inclui os coelhos e lebres. Esses animais se diferem dos roedores por terem quatro incisivos na mandíbula superior, ao contrário dos roedores que têm apenas dois. Figura 17 - Coelho, um mamífero da ordem Lagomorpha.

SAIBA MAIS MAMÍFEROS ENDÊMICOS DOS BIOMAS BRASILEIROS O Brasil é extremamente rico em biodiversidade, tanto em relação à fauna, quanto à flora. Isso se deve a vários fatores, como a grande extensão territorial e aos diversos climas existentes no País. Essa diversidade faz com que o Brasil seja um lugar de grande variedade de espécies endêmicas. Este termo refere-se a espécies que ocorrem apenas em uma determinada região geográfica. Nesse contexto,veja a figura abaixo que mostra alguns dos mamíferos endêmicos existentes no Brasil. A onça-pintada está presente em cinco dos seis biomas brasileiros: Amazônia, Cerrado, Caatinga, Mata Atlântica e Pantanal. Esse felino, ameaçado de extinção no Brasil, é o maior das Américas e o terceiro maior do mundo, depois dos tigres e dos leões. Seu nome científico é Panthera onça. O lobo-guará é uma espécie de canídeo endêmico do Cerrado, que pode atingir entre 20 e 30 kg de peso. O animal é crepuscular, onívoro Cervo-do-pantanal e desempenha uma importante função na dispersão de sementes de frutos do Cerrado. Seu nome científico é Chrysocyon brachyurus.

Onça pintada Lobo-guará Floresta Amazônica

Caa nga

Tamanduá-mirim

Cerrado Pantanal

Mata Atlân ca Pampa

O tamanduá-mirim apresenta pelagem de coPreguiça-de-coleira loração amarela com manchas pretas e possui fortes garras que lhe permitem cavar buracos, Capivara além de uma língua comprida e pegajosa, que Mapa do Brasil com os biomas brasileiros identificando um mamífero que ocorre em cada um facilita a captura de suas presas. No Brasil, ocor- desses biomas. re em alguns Biomas, sendo mais facilmente encontrado na Caatinga. Seu nome científico é Tamandua tetradactyla. A preguiça-de-coleira é encontrada em áreas cobertas pela Mata Atlântica em altitudes de até 1500m, nos estados da Bahia, Espírito Santo e Rio de Janeiro. Possui uma dieta folívora, podendo complementá-la com frutos de embaúba e flores. Seu nome científico é Bradypus torquatus.

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A capivara é o maior roedor do mundo, pesando até 91 kg e medindo 60 cm de altura. O nome procede do termo tupi “kapi’wara”, que significa “comedor de capim”. Além dos Campos Gerais, o animal é frequentemente encontrado nos outros biomas brasileiros. Seu nome científico é Hydrochoerus hydrochaeris. O cervo-do-pantanal é o maior cervídeo sul-americano, podendo pesar até 125 kg e ter até 1,27 m de altura. Essa espécie é comum apenas no Pantanal e possui como predadores a onça-pintada e a onça-parda. Sua dieta constitui-se principalmente de plantas aquáticas. Seu nome científico é Blastocerus dichotomus.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (UCS RS) Analise a veracidade (V) ou falsidade (F) das proposições abaixo, que representam as características compartilhadaspor todos os mamíferos. ( ) Presença de glândulas mamárias. ( ) Abertura do ducto dos sistemas urinário, digestivo e reprodutor em um único canal. ( ) Viviparidade e presença de placenta. ( ) Presença de diafragma, que participa na ventilação dos pulmões. Assinale a alternativa que preenche corretamente os parênteses, de cima para baixo. a) V – F – V – F d) F – V – V – V b) F – V – V – F e) V – F – V – V c) V – F – F – V 02. (UFTM MG) São características que diferenciam os mamíferos dos outros vertebrados: a) circulação fechada, placenta e fecundação interna. b) músculo diafragma, hemácias anucleadas e pelos. c) endotermia, glândula sebácea e tela subcutânea. d) glândula sudorípara, dentes diferenciados e líquido amniótico. e) pulmões alveolares, pele queratinizada e cordão umbilical. 03. (Fac. de Ciências da Saúde de Barretos SP) Os mamíferos possuem novidades evolutivas, chamadas de apomorfias, que são exclusivas dessa classe de animais. Além da presença de glândulas mamárias e aparecimento de pelos, uma outra apomorfia presente nos mamíferos é a a) ocorrência de coração com quatro cavidades, que torna mais eficiente a oxigenação e a nutrição das células. b) homeotermia, caracterizada pela manutenção da temperatura corporal constante, através da energia liberada pelos processos metabólicos. c) ocorrência de três ossículos na orelha média (martelo, bigorna e estribo), que proporciona uma melhor acuidade auditiva. d) eliminação de ácido úrico, uricotelismo, como principal excreta nitrogenada, característica fundamental para a vida terrestre. e) pele formada por três camadas (epiderme, derme e hipoderme), que auxilia na manutenção da temperatura interna constante.

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04. (Uem PR) Um pequeno jardim zoológico contém os seguintes mamíferos: anta, capivara, preguiça, bugio e coala. Sobre a classificação e a morfologia destes e de outros mamíferos, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. Perissodáctilos apoiam-se sobre um número par de dedos revestidos por um casco córneo e fendido. 02. Os animais relacionados no caput da questão são, respectivamente, perissodáctilo, roedor, edentado, primata e marsupial.

04. Também são edentados o tamanduá e o tatu. 08. A subclasse do coala inclui representantes sul-americanos como os esquilos e castores. 16. A anta e a capivara têm, respectivamente, casco com dedos pares e casco com dedos ímpares. 05. (UEPG PR) Todos os mamíferos possuem fecundação interna, mas o tipo de desenvolvimento embrionário varia entre as três subclasses existentes de mamíferos. Sobre o assunto, assinale o que for correto. 01. Como exemplos de marsupiais, temos os cangurus, os quais possuem ovos alécitos e com grande quantidade de vitelo no seu interior. O embrião completa todo o seu desenvolvimento no interior do corpo da mãe e se desloca ao marsúpio apenas para mamar. 02. Os coelhos, ratos, coalas e gambás são exemplos de representantes da subclasse Eutheria. Os ovos são telolécitos com segmentação meroblástica e todo o desenvolvimento embrionário acontece no útero materno. 04. Os monotremados (por exemplo, os ornitorrincos) possuem ovos telolécitos e são ovíparos, com desenvolvimento embrionário bem parecido ao dos répteis. A fêmea incuba os ovos até a eclosão, quando a casca se rompe e nascem os filhotes, os quais se alimentam de leite produzido pelas mães. 08. A subclasse Eutheria (placentários) possui ovos alécitos, com segmentação holoblástica e igual. O desenvolvimento embrionário acontece no útero materno e os embriões se ligam à parede uterina por meio da placenta. 06. (UEPG PR) Os mamíferos distribuem-se por todos os ambientes terrestres. Com relação às características gerais, anatomia, fisiologia e evolução desse grupo, assinale o que for correto. 01. Entre as características principais da classe mammalia (mamíferos) estão: presença de glândulas mamárias; corpo total ou parcialmente recoberto por pelos; dentes diferenciados em incisivos, caninos, pré-molares e molares; presença do diafragma, membrana muscular que separa o tórax do abdome e que participa da ventilação dos pulmões. 02. Um par de rins ocorre no sistema urinário dos mamíferos, os quais removem do sangue a ureia. A urina contendo a ureia é conduzida por um par de ureteres até a bexiga urinária, onde permanece até sua eliminação pela uretra. 04. Nos mamíferos mais primitivos, os monotremados, os condutos dos sistemas urinário e reprodutor desembocam em um único canal, a cloaca, onde também se abre o intestino. 08. O conjunto de pelos que constituem a pelagem dos mamíferos atua como isolante térmico, contribuindo para manter constante a temperatura corporal. 16. Os Metatheria são essencialmente ovíparos.

Questõa 04 : 02 + 04 = 06. [01] Incorreto: Perissodáctilos apoiam-se sobre um número ímpar de dedos nas patas, a exemplo do cavalo, anta e rinoceronte. [08] Incorreto: Os esquilos e os castores são mamíferos placentários (eutérios). [16] Incorreto: A anta é um mamífero perissodáctilo.

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Exercícios Complementares

LOPES, R.J. Nova espécie do gênero humano é descoberta na África do Sul, dizem pesquisadores. Disponível em: <http://www1.folha.uol.com.br/ ciencial>. Acesso em: 26 abr. 2016. Adaptado

Gorilas são primatas que compartilham características com outros mamíferos. Dentre essas características, pode-se citar 01. a visão estereoscópica, compartilhada com humanos. 02. a capacidade de hibernação, compartilhada com os ursos. 03. sistema digestório ruminante, compartilhada com os antílopes. 04. as garras bem desenvolvidas nos dedos, compartilhada com os tamanduás. 05. o marsúpio, bolsa situada no ventre da mãe que contém glândulas mamárias, compartilhada com os coalas. 02. (UFRGS) Em agosto de 2013, foi divulgada a descoberta de um mamífero, o olinguito, que parece uma mistura de gato doméstico e urso de pelúcia, nativo das florestas da Colômbia e do Equador. Disponível em: <http://exame.abril.com.br/ciencia>. Acesso em: 20 ago. 2013.

Sobre esse mamífero, pode-se afirmar que deve necessariamente apresentar a) sistema circulatório duplo. b) glândulas uropigianas. c) pecilotermia. d) glândulas mamárias com origem endodérmica. e) notocorda como principal estrutura de sustentação. 03. (Mackenzie SP) Peixe-boi

Pirarucu

Tartaruga

Temperatura corporal

Respiração

Peixe-boi, Pirarucu e tartaruga são alguns animais amazônicos muito caçados nos últimos tempos e, por isso, têm merecido proteção maior dos biólogos e das autoridades. A respeito da respiração e da temperatura corporal desses animais, o preenchimento correto da tabela acima, de A a F, é, respectivamente,

a) Pecilotermo, Pecilotermo, Pecilotermo, Pulmonar, Branquial e Pulmonar. b) Pecilotermo, Homotermo, Pecilotermo, Branquial, Branquial e Pulmonar. c) Homotermo, Homotermo, Pecilotermo, Branquial, Branquial e Pulmonar. d) Homotermo, Pecilotermo, Pecilotermo, Pulmonar, Branquial e Pulmonar. e) Homotermo, Pecilotermo, Homotermo, Pulmonar, Branquial e Branquial. 04. (UCS RS) Todos os mamíferos têm fecundação interna, mas o tipo de desenvolvimento embrionário varia entre os diversos grupos. Relacione as subclasses de mamíferos apresentadas na COLUNA A às características embrionárias que as identificam, listadas na COLUNA B. COLUNA A I. Methatheria II. Prototheria III. Eutheria COLUNA B ( ) Placentários ( ) Ovo megalécito ( ) Possuem marsúpio ( ) Placenta residual ou inexistente Assinale a alternativa que preenche correta e respectivamente os parênteses, de cima para baixo. a) II, I, III, I d) II, I, III, III b) III, I, II, II e) I, I, II, II c) III, II, I, I 05. (UECE) Diversos caracteres mais aproximam aves de crocodilos do que de mamíferos. Portanto, os mamíferos possuem um ancestral comum mais distante, com esses dois táxons. A estrutura que une os três táxons considerados em um único ancestral comum é o(a) a) âmnio. b) homeotermia. c) apodismo. d) osso pneumático. 06. (UFG GO) Os mamíferos surgiram a partir da evolução de um grupo de répteis primitivos entre 245 e 208 milhões de anos atrás. Atualmente, ocupam os mais diversos ambientes e estão distribuídos em três grupos: prototérios, metatérios e eutérios. Com base no desenvolvimento embrionário, explique a diferença entre esses três grupos, citando exemplo de cada grupo.

Questão 06. Os animais prototérios apresentam o desenvolvimento embrionário fora do corpo materno, sendo gerados em ovos, como é o caso do ornitorrinco. Já os animais metatérios apresentam o início do desenvolvimento embrionário no interior do útero, e o estágio final desse desenvolvimento ocorre no marsúpio, como é o caso do canguru, ou nas pregas da pele das mães, como nos gambás/cuícas. Por outro lado, os animais eutérios apresentam todo o desenvolvimento embrionário no útero, ligados à parede uterina por meio da placenta, como é o caso do homem.

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01. (Escola Bahiana de Medicina e Saúde Pública) Imagine ficar frente a frente com alguém que tem mãos, pernas e pés idênticos aos de todas as outras pessoas que circulam na rua, mas cuja cabeça abriga um cérebro diminuto, do tamanho do de um gorila. Esse, em resumo, é o mistério com que se defrontaram paleoantropólogos da África do Sul, ao descobrir fósseis de uma nova espécie de primo extinto do ser humano, batizada Homo naledi.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A19

ASSUNTOS ABORDADOS n Aves n Evolução e origem n Estrutura e fisiologia n Grupos de aves

AVES Evolução e origem A origem das aves ainda é um tema polêmico. Atualmente, a teoria mais aceita e sustentada por diversas descobertas de fósseis nos últimos 150 anos é de que as aves evoluíram dos dinossauros bípedes predatórios. Essa teoria foi fundamentada na descoberta de um fóssil de dinossauro em 1861, na Alemanha, cuja presença de penas chamou atenção. O fóssil foi denominado como Archaeopteryx lithographica, e foi considerada a ave mais primitiva e um animal de transição entre répteis e aves. Isso porque, como as aves, apresentava penas ao longo de seus braços e cauda. Mas, ao contrário delas, o fóssil tinha dentes e uma longa cauda óssea - características comuns aos répteis. Além disso, muitos dos ossos do Archaeopteryx, ombro, pélvis e os pés eram distintos, não fundidos e reduzidos como eles são nas aves atuais. Considerando-se esse período de transição, o aparecimento das aves que compartilham as mesmas características que as atuais ocorreu, provavelmente, durante a era Mesozoica, no período Cretáceo. Assim, as aves verdadeiras surgiram há, aproximadamente, 150 milhões de anos. De modo geral, toda a história evolutiva das aves é voltada para a adaptação e o aperfeiçoamento da capacidade de voar. Essa capacidade qualificou as aves para um deslocamento ágil para ambientes até então inacessíveis. Como pré-requisito ao voo, foram selecionadas positivamente características básicas- as penas e a endotermia. Todo esse investimento anatômico e fisiológico permitiu às aves a conquista de novos ambientes em todas as latitudes do Planeta.

Estrutura e fisiologia Fonte: Wikimedia Commons

A classe Aves (reino: Animalia; filo: Chordata; superclasse: Tetrapoda) constitui um grupo de animais vertebrados, tetrápodes, endotérmicos, ovíparos e que possuem penas, apêndices locomotores anteriores modificados em asas, bico córneo e ossos pneumáticos. As aves variam muito em seu tamanho, abrangendo desde os minúsculos beija-flores a espécies de grande porte como o avestruz. É importante destacar que todos os pássaros são aves, mas nem todas as aves são pássaros. Os pássaros estão incluídos na ordem Passeriformes, constituindo a ordem com maior número de espécies dentro do grupo das aves.

Figura 01 - Fóssil de Archaeopteryx lithographica.

Em geral, as aves vivem em todos os continentes e nos mais diversos ambientes: nas zonas polares ou nos desertos, nas mais altas montanhas dos Andes ou em cavernas privadas de luz, na selva amazônica ou nas mais populosas cidades.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sistema esquelético e tegumentar O esqueleto das aves é altamente adaptado para o voo, desde o formato aerodinâmico até o fato de ser formado por ossos pneumáticos, ou seja, ossos ocos com cavidades preenchidas por ar. Isso contribui para o voo, já que o esqueleto é extremamente leve, mas forte o suficiente para suportar as tensões desse movimento. As aves são tetrápodes e o par anterior de membros é transformado em asas que, geralmente, servem para voar. Já o par posterior pode estar adaptado a várias funções: andar, correr, nadar (cada pé, geralmente, é revestido de pele córnea e provido de quatro dedos). Os ossos maiores apresentam cavidades pneumáticas conectadas ao sistema respiratório, o que diminui o peso específico das aves, facilitando o voo. A maioria dos ossos do crânio é fundida e as maxilas são alongadas, sustentando o bico córneo. O osso do peito é adaptado em forma de quilha, como a de um barco, e é chamado de carena, servindo como suporte para a musculatura peitoral. Esta musculatura é hipertrofiada, pois o trabalho muscular para batimento das asas é extremamente potente. A pele das aves apresenta poucas glândulas. A mais importante é a glândula uropigiana, presente na base da cauda, responsável por secretar uma substância gordurosa que atua como impermeabilizante das penas. A gordura produzida por essa glândula é espalhada sobre as penas pelo bico do animal, constantemente, dando um aspecto encerado às penas. Em aves aquáticas, essa estrutura está mais desenvolvida. As aves marinhas, por exemplo, apresentam glândulas de sal na cabeça, responsáveis por excretar e eliminar o excesso de sal proveniente da água do mar e dos alimentos ingeridos. Evolutivamente, as penas originaram-se por modificações das escamas reptilianas. Portanto, têm a mesma origem embrionária- ectodérmica. Ainda em relação aos répteis, as aves também compartilham escamas nas pernas e nos pés. As penas também são muito importantes para as aves. Sem elas, esses animais não podem voar. As penas aumentam o volume total da ave, diminuindo a densidade do animal. Essa condição é facilitadora do voo. Formadas por queratina, assim como as escamas dos répteis, as penas estão sujeitas a desgastes e as aves, geralmente, trocam-nas uma vez por ano. A presença de penas em répteis extintos reforça a proposta da sistemática cladística. Esta sistemática posiciona os répteis e aves como um grupo monofilético, ou seja, um grupo que compartilha um ancestral comum, único e exclusivo e que apresenta, atualmente, características apomórficas derivadas de características primitivas presentes na espécie ancestral. REPTILIA monofilé co

mamíferos

tartarugas

aves

outros dinossauros

lagartos, cobras

A19  Aves

an bios

Figura 02 - Árvore filogenética evidenciando as relações evolutivas entre anfíbios, mamíferos, répteis e aves.

Biologia

Fonte: Wikimedia Commons

As penas não servem apenas para cobrir o corpo e facilitar o voo. Essas estruturas retêm o ar quente junto à pele das aves, contribuindo com a endotermia. Além disso, proporcionam a defesa antipredatória: quando a ave está em repouso e imóvel, as cores das penas confundem-se com o meio ambiente, fazendo com que o corpo fique camuflado e invisível aos olhos dos predadores. Veja o exemplo do urutau camuflado na imagem ao lado.

SAIBA MAIS PENAS: ESTRUTURAS PARA ALÉM DO VOO

Fonte: Wikimedia Commons

Quando as aves adquirem o conjunto de penas de um animal adulto, na época destinada à reprodução, os machos de diversas espécies se diferenciam das fêmeas, evidenciando um diferencial para atrair suas companheiras. Nesse caso, chegado o período de acasalamento, esses machos trocam de penas e adquirem as chamadas penas nupciais, tornando-se exuberantes. Ao completar a muda, o macho começa a se exibir para a fêmea com danças e cantos, mostrando seus atributos a ela. Por outro lado, existem espécies em que o macho não se diferencia da fêmea por meio das penas. Figura 03 - Urutau – ave com grande capacidade de camuflagem.

Figura 04 - Casal de choca-barrada (à esquerda a fêmea), com nítido dimorfismo sexual e, na imagem à direita, casal de periquitão-maracanã, sem dimorfismo sexual aparente.

Sistema respiratório O sistema respiratório das aves é extremamente modificado em relação aos outros grupos de vertebrados. Isso se deve especialmente pela presença de sacos aéreos - estruturas que auxiliam na respiração, apresentando, assim, o sistema respiratório adaptado para suprir as necessidades metabólicas e energéticas do voo. Pulmão

As aves apresentam dois pulmões conectados pela traqueia. Na porção inferior da traqueia, antes da ramificação dos brônquios, encontra-se a siringe, uma estrutura semelhante a uma bolsa, que possui cordas vocais responsáveis pelo grito e pelo canto. Na maioria das vezes, o som emitido pelas aves serve para atrair o companheiro, marcar território e prevenir pássaros da mesma espécie contra algum predador ou outro perigo.

A19  Aves

Sacos aréreos

Figura 05 - Representação esquemática do sistema respiratório de uma ave. Os sacos aéreos são estruturas que auxiliam tanto na respiração, quanto na diminuição do peso do animal e no voo.

Os pulmões são pequenos, compactos e estão firmemente aderidos à parede dorsal da cavidade torácica. Comparados aos dos mamíferos, pode-se dizer que os pulmões das aves são rígidos. Os sacos aéreos são estruturas pares, acessórias, conectadas aos pulmões, que promovem um fluxo de ar unidirecional, ou seja, em uma única direção. A quantidade de sacos aéreos varia de acordo as espécies, mas, basicamente, as aves apresentam sacos aéreos anteriores (interclavicular e torácico anterior) e posteriores (torácico posterior e abdominal). Esses sacos aéreos funcionam como reservas de ar, contudo não promovem trocas gasosas com o sangue do animal. Além disso, eles contribuem com a redução do peso e ajudam no resfriamento do corpo da ave, principalmente após atividades, de voo ou não, que geram grandes quantidades de calor.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Sistema cardiovascular Outra característica que favorece a endotermia nas aves é a existência de um coração totalmente dividido em quatro cavidades: dois átrios e dois ventrículos. Assim, não ocorre mistura de sangue venoso e arterial (circulação completa). A metade direita (átrio e ventrículo direitos) trabalha exclusivamente com sangue pobre em oxigênio, encaminhando-o aos pulmões para oxigenação. A metade esquerda trabalha apenas com sangue rico em oxigênio (circulação dupla). O ventrículo esquerdo, que possui mais espessura de parede musculosa, bombeia o sangue para a artéria aorta. Portanto, a todo o momento, os tecidos recebem sangue ricamente oxigenado, o que garante a manutenção constante de altas taxas metabólicas, incluindo a própria geração interna de calor- endotermia.

Pulmão

Artéria pulmonar

Pulmão

Veia pulmonar

Átrio esquerdo Ventrículo esquerdo Artéria aorta

Átrio direito

Ventrículo direito Veia cava

Corpo Figura 06 - Sistema circulatório das aves.

Sistema digestório e excretor As aves possuem uma dieta alimentar que varia de acordo com a espécie. Aves herbívoras se alimentam de sementes, frutas, néctar (como o beija-flor), enquanto que as aves carnívoras (como a coruja e o gavião) consomem outras aves e pequenos vertebrados, destacando-se, ainda, as aves carniceiras (como o urubu), que consomem restos de animais (carniça). As aves onívoras (que ingerem fontes de alimento animal e vegetal) possuem uma alimentação variada como, por exemplo, as galinhas domésticas. Em geral, o volume alimentar das aves é extraordinariamente elevado, pois elas consomem muito alimento de alto valor energético. Esse fato se relaciona à demanda energética das aves e à impossibilidade de grande armazenamento de gordura que comprometeria o voo. Por não possuírem dentes (fator importante para a redução do peso do animal para a adaptação ao voo), todas as espécies de aves ingerem seu alimento pelo bico córneo, cuja forma e tamanho variam de acordo com o tipo de alimentação. No sistema digestório, há uma dilatação no esôfago chamada de papo, que serve para armazenar o alimento e também para umedecê-lo, tornando-o mais macio. Ao armazenar os alimentos no papo, a ave tem a oportunidade de digeri-lo em um local mais seguro. Logo depois do papo, encontra-se um estômago dividido em duas partes, chamadas de proventrículo e moela. No proventrículo, também conhecido como estômago químico, o alimento é misturado a enzimas digestórias, sendo encaminhado para a moela, denominada também de estômago mecânico - uma estrutura de paredes grossas e musculosas, onde o alimento que já está amolecido e misturado a enzimas digestórias será triturado. Muitas espécies de aves herbívoras engolem pequenas pedrinhas para que elas auxiliem na trituração do alimento na moela. Essas pedrinhas ingeridas pelas aves são equivalentes aos dentes que elas perderam ao longo da evolução. As aves carnívoras possuem um papo pouco desenvolvido ou até mesmo ausente, enquanto sua moela é pouco musculosa. A19  Aves

O intestino delgado assemelha-se muito ao dos mamíferos, sendo que nas aves herbívoras o intestino é muito maior do que nas aves carnívoras. O intestino grosso desses animais é curto e termina na cloaca, onde também são lançados os ductos do sistema excretor e reprodutor. 39

Biologia

Língua

Faringe Cecos

Outras estruturas encontradas nas aves são as glândulas salivares (que variam de número e localização, dependendo da espécie), pâncreas e fígado (que liberam suas secreções no duodeno do animal através de ductos).

Pâncreas Reto

Esôfago Papo Proventrículo

Fígado

Cloaca

A principal substância nitrogenada excretada é o ácido úrico, que é formado no fígado e retirado da circulação sanguínea pelos rins metanéfrons, de onde é conduzido à cloaca pelos ureteres. As aves não têm bexiga urinária, mais uma contribuição para a redução do peso (favorecendo o voo) e seu sistema urinário é composto pelos rins e ureteres. Assim, elas não armazenam a urina, que se mistura com as fezes e é eliminada pela cloaca, como uma secreção semissólida, assim como os répteis. Sistema nervoso e sensorial

As aves possuem um sistema nervoso central e periférico, com doze pares de nervos cranianos, assim como os outros amniotas. O enFigura 07 - Representação esquemática do sistema digestório de uma ave. céfalo apresenta cerebelo bem desenvolvido, uma vez que necessitam de muito equilíbrio para o voo. Moela

Intes no

De forma geral, as aves têm visão bem desenvolvida. A posição dos olhos varia de acordo com a biologia das espécies. Espécies carnívoras, como gaviões e falcões, possuem os olhos direcionados para frente, permitindo uma melhor visão binocular do ambiente. Por outro lado, as aves herbívoras apresentam os olhos na lateral da cabeça, garantindo uma visão ampla do ambiente, o que permite, ainda, a percepção das cores nitidamente. Além disso, elas apresentam membrana nicitante, que reveste os olhos no sentido horizontal, como uma cortina. Entretanto, o paladar e o olfato são sentidos que não são muito bem desenvolvidos nas aves. Em contrapartida, esses animais desenvolveram estratégias visuais para procurar alimento, parceiros e locais de repouso. Como exceções, existem algumas espécies carnívoras - como as águias, algumas terrestres - como o quivi e algumas marinhas - como os albatrozes, que localizam o alimento pelo cheiro. Já o sentido da audição é bastante desenvolvido, apresentando um canal auditivo externo para melhor captação do som, ouvido médio e interno. Essa habilidade se ajusta perfeitamente com a produção de sons pela siringe. Sistema reprodutor As ave ssão seres vertebrados dioicos, ou seja, possuem os sexos separados, e ovíparos, pois os filhotes são gerados no interior de ovos, fora do corpo da mãe. A fecundação é interna e o desenvolvimento é direto, sem fase larval. Na maioria das espécies, há dimorfismo sexual, isto é, nítida diferença entre machos e fêmeas da mesma espécie.

A19  Aves

No período pré-cópula, é possível observar uma infinidade de comportamentos dentre as espécies de aves. Geralmente, as fêmeas selecionam os machos para acasalar (seleção sexual) e eles combinam elementos como postura corpórea, penas coloridas e canto para chamar a atenção da fêmea. Nesse processo, as fêmeas costumam acasalar com machos que apresentam certas características que contribuem para seu valor adaptativo reprodutivo. A fêmea do pavão, por exemplo, se acasala, preferencialmente, com machos que têm caudas longas e com muitos desenhos em forma de olhos, o que fez com que as caudas longas fossem selecionadas ao longo do tempo. 40

Fonte: Wikimedia Commons

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Figura 08 - Pavão-indiano com coloração e cauda chamativa: uma maneira de chamar a atenção da fêmea.

Os machos possuem dois testículos, de onde saem os canais deferentes, que culminam na cloaca. As glândulas genitais acessórias das aves são ausentes. A transferência dos espermatozoides para o corpo da fêmea ocorre por meio da justaposição das cloacas que ocorre durante a cópula. Nas fêmeas, o oviduto é o local da fecundação e possui uma glândula secretora da casca. Nesse local, o ovo recebe uma cobertura de carbonato de cálcio, proteínas, pigmentos, cutícula, entre outros componentes da casca, sendo depois encaminhado à cloaca, de onde será eliminado do corpo da ave. A maioria das espécies choca seus ovos em ninhos, após a postura, mantendo-os em uma temperatura adequada para que o embrião possa se desenvolver. Os ovos das aves são iguais aos dos répteis no que diz respeito aos anexos embrionários: possuem cório (trocas gasosas e proteção), âmnio (proteção e hidratação do embrião), alantoide (armazenamento de excretas nitrogenadas) e saco vitelínico (nutrição do embrião).

Figura 09 - Ninho com filhotes - duas características do comportamento desse grupo: a nidificação e o cuidado parental.

A19  Aves

Fonte: Wikimedia Commons

A construção dos ninhos (nidificação), incubação dos ovos e cuidado com a prole são aspectos importantes da reprodução das aves. Os ninhos protegem os ovos das agressões físicas como o calor, frio, ou chuva e contra os predadores. O tempo de cuidado parental é muito variável.

Biologia

Número de indivíduos sobreviventes (escala logarítmica)

Grupos de aves Tipo I (humanos)

Tipo II (pássaros)

Tipo III (peixes e an bios) 0

50 Porcentagem de expecta va máxima de vida

100

Gráfico 01 - Ilustrando a relação entre o cuidado parental dos grupos, com a maior expectativa de vida. Quanto maior for o cuidado parental que o filhote receber, mais chances ele terá de sobreviver quando estiver longe desse cuidado.

Consideremos que as aves são divididas em duas superordens: a Paleognatha e a Neognathae ou carinatas. A Paleognatha (popularmente chamada de ratitas) abrange as aves com características mais primitivas e, por isso, são aves que não voam e apresentam o esterno achatado com músculos peitorais pouco desenvolvidos. Alguns exemplos desse grupo são as avestruzes africanas, emas sul-americanas, emus e casuares da Austrália e Nova Guiné, e os moas e quivis da Nova Zelândia. Já a outra superordem, a Neognathae, agrupa as aves voadoras, com o esterno apresentando quilha e músculos fortes. Com exceção do pinguim, todas as aves desse grupo voam e são consideradas mais modernas, como patos, marrecos, beija-flores, gaivotas, quero-queros, urubus, garças, perus, galinhas domésticas, andorinhas, sabiás, araras, pinguins, corujas, entre outros.

Fonte: Wikimedia Commons A19  Aves

Figura 10 - Diversidade das aves: À esquerda, a harpia (Harpia harpyja), ou gavião-real -a maior ave de rapina do Brasil, com envergadura de 2,5 metros e peso de até dez quilos. À direita, um representante das “aves do paraíso” (ordem: Passeriformes; família: Paradisaeidae) encontradas na Nova Guiné - grupo caracterizado pela plumagem exuberante dos machos da maioria das espécies, utilizada como ornamento nos rituais de acasalamento.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

02. As aves apresentam adaptações importantes em relação ao processo digestivo, como por exemplo, a compartimentalização do tubo digestório. Desse modo, o proventrículo corresponde à região do a) intestino, onde há apenas absorção de água. b) estômago, exclusivamente responsável pela trituração do alimento. c) intestino, onde ocorre apenas a absorção dos nutrientes. d) intestino, por onde a urina e as fezes são eliminadas. e) estômago, onde o alimento é misturado com enzimas digestivas. 03. (Unitau SP) As aves são admiravelmente especializadas para o voo, condição diretamente relacionada ao sucesso adaptativo desses animais nos mais diferentes ambientes da Terra. Entre as alternativas abaixo, assinale aquela que apresenta apenas elementos diretamente relacionados ao voo das aves. a) revestimentos de queratina e penas b) glândula uropigiana e penas c) ossos pneumáticos e penas d) bico córneo e penas e) glândula uropigiana e sacos aéreos 04. (UCS RS) O sistema digestório das aves apresenta algumas estruturas características, que tornam a maioria desses animais onívoros, capazes de ingerir diferentes tipos de alimentos. Considere as seguintes proposições em relação ao sistema digestório das aves. I. II.

III.

A moela é um local de digestão enzimática, semelhante ao estômago humano. A abertura externa, no final do sistema digestório, é a cloaca, por onde também são eliminados os produtos finais do sistema excretor e do sistema reprodutor. O papo é uma região dilatada do intestino delgado, responsável pelo amolecimento de alimentos duros, como sementes e partes vegetais.

Das proposições acima, é correto afirmar que a) apenas I está correta. b) apenas II está correta. c) apenas II e III estão corretas. d) apenas I e III estão corretas. e) I, II e III estão corretas. 05. (UECE) Com relação aos excrementos de aves, é correto afirmar-se que resultam do processamento de a) restos alimentares misturados a excreções à base de ácido úrico. b) restos alimentares, somente. c) restos alimentares misturados a excreções à base de ureia. d) excreções à base de ácido úrico e à base de ureia, somente. 06. (UPE) As aves ocupam várias regiões do globo, graças a mecanismos adaptativos eficientes, como a manutenção da temperatura corporal, que os fazem tolerar temperaturas abaixo de 40 graus, como os pinguins. Elas, no entanto, mantêm semelhanças com répteis, tal como a) epiderme queratinizada. b) excreção na forma de ureia. c) glândula uropigiana. d) homeotermia. e) presença de carena. 07. (UDESC SC) As aves que voam têm o corpo muito leve, inclusive porque seus ossos são ocos. Em algumas partes internas os ossos possuem nervuras, como as de uma asa de avião, para torná-los mais fortes. O esqueleto de uma águia calva, por exemplo, não pesa mais do que 300 gramas. Alguns ossos são soldados, isto é, ligados uns aos outros, de maneira a dar uma estrutura mais compacta à ave. Assinale a alternativa correta em relação ao excerto e ao voo das aves. a) O osso do peito é adaptado em forma de quilha, como a de um barco, e é chamado de carena, servindo como suporte para a musculatura peitoral. b) Os ossos do peito são adaptados em forma de concha, o que facilita a aerodinâmica. c) Somente as asas são as responsáveis pelo voo. As asas são mais longas, ou seja, permitem que a ave plane no ar sem cair, e o peso e a estrutura do corpo não influenciam no voo. d) As asas são impermeabilizadas com óleo que reage com o pH do ar, elevando todo o corpo da ave. e) Os ossos são flexíveis, pobres em cálcio, ricos em potássio e não possuem adaptações que favoreçam ao voo.

A19  Aves

01. (UFRGS) A expressão popular “estômago de avestruz”é utilizada para definir pessoas que comem de tudo e não enfrentam problemas digestivos com isso. Sobre o processo alimentar das aves, assinale a afirmação correta. a) O alimento ingerido passa direto ao estômago químico. b) As enzimas digestivas começam a agir no papo. c) A moela tem uma ação mecânica que tritura o alimento ingerido. d) Algumas espécies regurgitam o conteúdo da moela para alimentar os filhotes. e) A dieta alimentar inclui somente animais como insetos e vertebrados.

Biologia

Exercícios Complementares 01. (UFRGS) Assinale a alternativa que preenche corretamente as

um pouco de barro quando os constroem. Cientistas desco-

As penas das aves são formações epidérmicas e têm dife-

briram que a ingestão de barro é fundamental para a sobre-

rentes funções, como a proteção do corpo, a impermeabi-

vivência desses animais, porque ajuda a

lização da pele e a manutenção da temperatura corporal. Aves como os ........ espalham a secreção gordurosa da ........ sobre as penas, impermeabilizando-as. a) pinguins – glândula de sal b) pardais – cloaca c) patos – cutícula d) cisnes – glândula uropigiana e) pelicanos – caixa torácica 02. (Udesc SC) Uma importante classe dentro do grupo dos cordados reúne mais de 9 mil espécies, algumas com menos de 2 g de peso e outras atingindo mais de 100 kg. São algumas de suas características: homeotermos, coração com quatro cavidades, circulação fechada, respiração pulmonar, sistema digestório com estruturas denominadas de papo e moela e ausência de dentes. Assinale a alternativa que indica a classe a que se refere o enunciado. a) mamíferos b) peixes c) aves d) répteis e) anfíbios 03. (Enem MEC) Em 1861 foi anunciada a existência de um fóssil denominado Arqueopterix, que revolucionou o debate acerca da evolução dos animais. Tratava-se de um dinossauro que possuía penas em seu corpo. A partir dessa descoberta, a árvore filogenética dos animais acabou sofrendo transformações quanto ao ancestral direto das aves. Nessa nova árvore filogenética, de qual grupo as aves se originaram? a) Peixes ósseos. b) Répteis. c) Mamíferos. d) Peixes cartilaginosos. e) Anfíbios. 04. (Cefet MG) As araras podem se alimentar de raízes, folhas, A19  Aves

sementes e cocos como os das palmeiras inajá, tucum, gueroba e macaúba, sendo que algumas dessas espécies de plantas são tóxicas. As araras azuis e vermelhas fazem ni-

nhos em árvores ou em barrancos, onde acabam ingerindo

lacunas do enunciado abaixo, na ordem em que aparecem.

Disponível em: <http://www.vivaterra.org.br/aves.htm>. Acesso em: 15 jan. 2014. (Adaptado).

a) dar consistência à estrutura do ninho. b) matar ectoparasitas fixados nas penas. c) controlar parasitoses típicas dessas aves. d) neutralizar o veneno contido nas plantas. e) afastar predadores pelo mau cheiro gerado. 05. (UFU MG) A beleza da plumagem de diversas aves é retratada em obras de muitos artistas plásticos, principalmente em pinturas, dado o colorido intenso das penas. Sobre as penas desses animais, é correto afirmar que a) são coloridas, porque as aves apresentam dimorfismo sexual, ou seja, é possível sempre distinguir o sexo dos pássaros apenas por observação de características externas. b) fazem parte do esqueleto das aves e, portanto, quando caem, não podem ser repostas, dificultando o voo e prejudicando a manutenção da temperatura interna corporal. c) contribuem, no caso de muitas espécies, no processo de reprodução, uma vez que os machos possuem diferenças na coloração ou no padrão da plumagem, o que atrai as fêmeas para a cópula. d) são impermeáveis, porque possuem glândulas mucosas para lubrificá-las, como acontece com os anfíbios, e muito coloridas, para afastar possíveis predadores. 06. (Unievangélica GO) A circulação sanguínea dos animais pode ser classificada em aberta ou fechada, simples ou dupla, incompleta ou completa. Isso significa que pode haver ou não extravasamento de líquido para os tecidos, pode haver passagem do sangue uma ou duas vezes pelo coração e pode haver ou não mistura de sangue venoso com sangue arterial. O coração que suprirá as demandas de uma circulação fechada, dupla e completa deve ter a) duas cavidades: um átrio e um ventrículo, com via cardíaca unidirecional venosa, como nos peixes. b) três cavidades: dois átrios completamente separados e um ventrículo, como nos anfíbios. c) três cavidades: dois átrios completamente separados e um ventrículo apresentando um pequeno septo, como nos répteis típicos. d) quatro cavidades: dois átrios completamente separados e dois ventrículos completamente separados, como nas aves.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO A20

EVOLUÇÃO DA BIODIVERSIDADE NAS ERAS GEOLÓGICAS

ASSUNTOS ABORDADOS n Evolução da biodiversidade nas

Se compactássemos a origem da Terra e a história da evolução da vida em uma escala de 24 horas, estabeleceríamos que a primeira forma de vida teria aparecido um pouco antes da décima quinta hora. O primeiro vertebrado e a primeira planta teriam aparecido, aproximadamente, na vigésima primeira hora. Os répteis gigantes e as primeiras árvores produtoras de sementes teriam dominado o Planeta um pouco antes da vigésima terceira hora e o homem teria aparecido há menos de um minuto antes de completar a vigésima quarta hora. Desde o aparecimento das primeiras formas de vida, o Planeta teve suas condições físicas e químicas alteradas. Novas condições, por vez, eliminavam formas de vida. Outras vezes favoreciam formas de vida que se perpetuavam por meio da reprodução. O meio não parava de exercer a seleção natural. A caminhada evolutiva arrastou microrganismos, fauna e flora, simultaneamente.

eras geológicas

n Era pré-cambriana n Era Paleozoica n Era Mesozoica n Era Cenozoica n Evolução dos primatas

Eventos biológicos durante o tempo geológico

Neogene

Período

Pré-cambriano (de 542,0 ± 1,0 a 4,570 milhões de anos atrás)

Paleozoica

Mesozoica

Paleogene

Cenozoica

Era

Época

Milhões de anos atrás

Eventos biológicos importantes

Holoceno

0 a 0,0117

Dispersão do Homo sapiens moderno pelo Planeta e aparecimento da civilização humana; declínio das grandes florestas e considerável extinção de espécies.

Pleistoceno

0,0117 a 2,588

Aparecimento da espécie humana moderna; extinção de mamíferos de grande porte.

Plioceno

2,588 a 5,332

Aparecimento de hominídeos; expansão dos mamíferos de grande porte.

Mioceno

5,332 a 23,03

Expansão dos campos e diminuição das florestas.

Oligoceno

23,03 a 33,9

Aparecimento dos macacos antropoides e de muitas famílias de plantas modernas

Eoceno

33,9 a 55,8 ± 0,2*

Aparecimento das ordens modernas de mamíferos e expansão das aves.

Paleoceno

55,8 ± 0,2 a 65,5 ±0,3

Diversificação dos mamíferos e das plantas angiospermas; aparecimento dos primeiros primatas (prossímios).

Cretáceo

65,5 ± 0,3 a 145,5 ± 4,0

Extinção dos dinossauros e de diversas espécies de animais e de plantas; aparecimento dos mamíferos placentários e das plantas.angiospermas.

Jurássico

145,5 ± 4,0 a 199,6 ± 0,6

Apogeu dos dinossauros; abundância de plantas gimnospermas; aparecimento dos ancestrais das aves.

Triássico

199,6 ± 0,6 a 251,0 ± 0,4

Aparecimento dos dinossauros, dos mamíferos e das plantas gimnospermas dos grupos das cicas e dos gincos.

Permiano

521,0 ± 0,4 a 299,0 ± 0,8

Diversificação dos répteis e declínio dos anfíbios; aparecimento das plantas gimnospermas (coníferas) e da maioria das ordens modernas de insetos.

Carbonífero

299,0 ±0,8 a 359,2 ± 2,5

Diversificação dos anfíbios; aparecimento dos répteis; expansão de insetos e de florestas de plantas semelhantes a pteridófitas, que deram origem aos depósitos de carvão mineral.

Devoniano

359,2 ± 2,5 a 416,0 ± 2,8

Aparecimento das primeiras plantas com sementes, dos anfíbios e dos insetos. Abundância de moluscos e de trilobites e considerável diversidade de peixes dotados de mandíbula.

Siluriano

416,0 ± 2,8 a 443,0 ± 1,5

Aparecimento das primeiras plantas vasculares em ambiente de terra firme e dos primeiros peixes dotados de mandíbula.

Ordoviviano

443,7 ± 1,5 a 488,3 ± 1,7

Continuidade da diversificação das algas e grande expansão dos invertebrados e dos peixes sem mandíbula.

Cambriano

488,3 ± 1,7 a 542,0 ± 1,0

Diversificação das algas e dos invertebrados, com aparecimento dos primeiros animais dotados de esqueleto.

Ediacarano

542,0 ± 1,0 a 650 1 000 2 000 2 500 3 500 4 000

Diferenciação dos seres multicelulares. Origem provável: dos primeiros seres vivos multicelulares; das primeiras células eucarióticas; da fotossíntese; das primeiras células (procarióticas); da vida na Terra;

Tabela 01 - Tabela com as eras geológicas da Terra e os principais eventos de cada Era.

Fonte: Biologia (Ensino médio) I. Martho, Gilberto Rodrigues.

Biologia

Era pré-cambriana Na Era Pré-cambriana, as primeiras moléculas orgânicas apareceram em uma atmosfera instável de um planeta recém-criado. Sob condições físicas e químicas conturbadas, essas moléculas teriam se organizado e dado origem à célula primitiva. Essa forma de vida, transportada para os dias atuais, seria próxima às bactérias. Há, aproximadamente 3,5 bilhões de anos a vida, instalou-se nos mares primitivos a partir dessa célula simples e destituída de organelas membranosas, provavelmente fermentadoras, uma vez que não havia gás oxigênio (O2) na atmosfera primitiva. O aparecimento de vida alterou a constituição de gases na atmosfera da Terra e o ambiente exerceu seu papel de selecionador de formas de vida portadoras de metabolismo mais eficiente. Ainda nessa Era, a associação simbiótica entre células simples e dobramentos da membrana plasmática teria resultado nos primeiros seres eucariontes, provavelmente, semelhantes aos protozoários. Assim, apareceram algas e fungos pluricelulares. Os organismos considerados como parentes mais próximos dos animais são os coanoflagelados, protozoários flagelados que possuem um colar ao redor da estrutura motora responsável pela captura de partículas alimentares. As esponjas possuem células de mesma estrutura morfológica e função: os coanócitos. É possível que o empilhamento de protozoários tivesse resultado nos primeiros animais: as esponjas. A união favoreceria a sobrevivência desses organismos, uma vez que durante a divisão celular essas células perdem seus flagelos e ficam momentaneamente impossibilitadas de se alimentarem e de se movimentarem, vulneráveis, portanto, aos predadores. Unidos em uma colônia, os coanoflagelados poderiam dividir as funções: enquanto algumas se dividem, outras se alimentam- condição verificada nas espécies atuais. (a)

A20  Evolução da biodiversidade nas eras geológicas

5 µm (c)

Figura 01 - Semelhanças entre o protozoário coanoflagelado e os coanócitos dos poríferos. O protozoário possui tanto estágios unicelulares (a) e coloniais (b). Os coanócitos possuem morfologia e funções semelhantes (c), apesar de representarem um tecido especializado da esponja (d). As setas indicam o flagelo.

2 µm

(b)

5 µm (d)

4 µm

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Fonte: Wikimedia commons

Medusas, pólipos e vermes se diversificaram no ambiente marinho. Assim, por volta de 545 milhões de anos atrás, a Era Pré-cambriana chegou ao fim.

Figura 02 - O Período Pré-cambriano foi a maior das eras, correspondendo a aproximadamente 80% do tempo geológico do planeta Terra.

Era Paleozoica

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A Era Paleozoica registrou uma explosão de formas de vida, no início, confinada nos mares. A maioria dos animais invertebrados originados nessa era mostrou inovações que aumentaram sua taxa de sobrevivência e deixaram seus registros fósseis. As conchas dos moluscos têm datação coerente com o início do Paleozoico. Vasta diversidade de invertebrados viveu e desapareceu nesse período, mas, os protocordados, ancestrais dos primeiros vertebrados (peixes), constituíram-se como elo entre os dois grupos. Existem registros fósseis de colunas vertebrais do período Cambriano, há cerca de 500 milhões de anos. Nesse sentido, os primeiros representantes dos cordados foram os peixes sem mandíbulas (agnatos). Os mares eram ambientes imensos e bilhões de espécies diferentes viviam ali, competindo entre si, enquanto o ambiente terrestre continuava praticamente inexplorado.

Posteriormente, os artrópodes, em destaque, aracnídeos e, mais tarde, insetos, se aventuraram em um ambiente de menor competição - a terra seca. A natureza fez investimentos consistentes para equipar esses organismos de modo que resistissem ao ressecamento: ácido úrico como excreta nitrogenada, exoesqueleto quitinoso impermeável, apêndices articulados para deslocamento e superfícies respiratórias que fazem trocas gasosas diretamente com o ar. Por sua vez, um vegetal avascular foi o ancestral das primeiras pteridófitas, vegetais com recursos para sobreviver melhor na terra seca como, por exemplo, raízes verdadeiras, cutícula impermeável e sistema de vasos condutores de seivas. As florestas de samambaias cobriram partes emersas do Planeta. Nesse contexto, ainda, peixes que usavam a bexiga natatória como um pulmão primitivo e tinham nadadeiras pares carnosas e desenvolvidas, provavelmente originaram os primeiros tetrápodes: os anfíbios. Isso ocorreu há aproximadamente 400 milhões de anos.

Figura 03 - Transição gradual das espécies para a condição tetrápode. Cada indivíduo representa uma espécie fóssil diferente.

A20  Evolução da biodiversidade nas eras geológicas

A Idade dos Peixes, como é reconhecida a Era Paleozoica, sinalizou para a terra seca, que até então era desabitada. Assim, as primeiras plantas –briófitas -se instalaram em ambientes úmidos desse relevo jovem em formação.

Biologia

Apesar de possuírem pulmões e patas, os anfíbios não conquistaram definitivamente a terra seca. A pele muito fina e a reprodução dependente de água limitaram sua expansão. Assim, animais portadores de pele grossa e impermeável apareceram a partir de um ancestral de anfíbio e venceram a competição com esses últimos. Os embriões desses vertebrados se desenvolviam dentro de um ovo com casca. A água deixou de ser o meio obrigatório para a reprodução. Com isso, os répteis ocuparam, preferencialmente, as baixas latitudes do Planeta e conquistaram de forma definitiva a terra seca.

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Plantas vasculares, produtoras de sementes, entre 286 e 245 milhões de anos, constituíram um novo grupo de vegetais que não mais dependiam da água para a reprodução - as gimnospermas. A Era Paleozoica, então, chegou ao fim, diante de uma brusca mudança climática no Planeta, que se tornou frio e seco. Houve uma extinção em massa de répteis.

Figura 04 - Representação esquemática da vida subaquática que prosperou durante o Período Siluriano (Era Paleozoica) - 443 até 416 milhões de anos atrás.

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Era Mesozoica A Era conhecida como Idade dos Répteis (245-65 milhões de anos) marcou uma nova expansão e os répteis gigantes (dinossauros) passaram a ser o grupo dominante. Há 200 milhões de anos, possivelmente, apareceram os primeiros mamíferos, a partir de um ancestral réptil terapsida. Por volta de 150 milhões de anos, apareceram as primeiras aves, por meio de um grupo de répteis bípedes, aparentado aos dinossauros. O elo foi representado pela descoberta, em 1861, do fóssil Archaeopteryx lithographica (do grego, asa antiga inscrita em pedra). Esse indivíduo representa um dinossauro terópode emplumado, um ancestral de 147 milhões de anos das aves modernas. A endotermia dos mamíferos e das aves não tem a mesma origem. Contudo, essa nova aquisição, qualificou esses dois grupos para uma diversificação e colonização em todas as latitudes do Planeta.

Figura 05 - Durante a Era Mesozoica, ou “Vida Média”, a vida se diversificou rapidamente e gigantescos répteis(dinossauros e outros animais monstruosos) vagaram pela Terra. O período, que abrange de cerca de 252 a 66 milhões de anos atrás, também era conhecido como a era dos répteis ou a era dos dinossauros.

As plantas com flores atrativas surgiram e produziam sementes protegidas por frutos (angiospermas). O índice de polinização e consequente fecundação entre essas plantas superava qualquer estimativa de reprodução de grupos vegetais anteriores. No final da Era Mesozoica, é possível que tenha ocorrido uma grande extinção na Terra. Há indícios da queda de um asteroide na superfície do Planeta que teria gerado uma nuvem de poeira de quilômetros de altura. Isso teria produzido alterações climáticas que inviabilizaram a sobrevivência de grande parte da flora e da fauna, inclusive dos dinossauros, que eram predominantemente herbívoros.

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Era Cenozoica Os animais endotérmicos, diante das novas condições físicas do meio e do declínio dos répteis, foram favorecidos. Assim, mamíferos e aves viveram uma grande expansão e diversificação. Por sua vez, as plantas angiospermas também se diversificaram no Planeta. Além disso, experimentaram, certamente, uma coevolução com os insetos promotores de polinização. Há, aproximadamente, 5 milhões de anos, surgiuo primeiro hominídeo no leste africano, – o Australopitecus. Este é o ancestral hominídeo mais antigo do homem moderno. Entre 200 mil e 150 mil anos, também no continente africano, apareceu o homem moderno, o Homo sapiens.

Figura 06 - Ilustração da Era Cenozoica, que começou há cerca de 65 milhões de anos e continua até o presente. É a terceira era documentada da história da Terra.

Evolução dos primatas Hiloba deo

Milhões de anos atrás

Pongídeos

Símios do Novo mundo

Símios do Velho mundo

Gibão

Orangotango

Gorila

Hominideos

Chimpanzé

Homem

10 Australopithecus 15 Ramapithecus 25 Dryopithecus 35

A20  Evolução da biodiversidade nas eras geológicas

Mamíferos inse voros

Figura 07 - Representação de uma possível filogenia dos primatas.

Muitas características esboçadas nos primatas ancestrais, que permitiram a vida nas árvores e a melhor adaptação ao seu ambiente, continuam presentes nos primatas atuais e acredita-se que elas foram fundamentais na evolução. Algumas dessas características são: n

n n n

A oposição do polegar: além dos membros superiores extremamente ágeis e habilidosos da cintura escapular, que permite maior rotação e liberdade de movimentos, a mão dos primatas é capaz de manusear objetos com força e precisão, devido à oposição do polegar. Visão binocular: a posição frontal dos olhos possibilita melhor percepção de profundidade, importante para animais que vivem pulando de galho em galho. Vida em grupo e cuidado com a prole: esse cuidado permite a sobrevivência nos primeiros anos de vida. Maior desenvolvimento do encéfalo: facilita os movimentos, a destreza manual e também aumenta a capacidade de vigilância e a astúcia. 49

Biologia

Nesse contexto, fósseis recém-descobertos acenam com novas possibilidades de se conhecer as origens da humanidade. Desenterrado dos depósitos castigados por tempestades de areia ao norte do deserto de Djurab (no Chade, na África) o crânio surpreendentemente completo chamado de Sahelanthropus tchadensis (e apelidado de “Toumaï”, que significa “esperança de vida” na linguagem local), data de aproximadamente 7 milhões de anos. Ele pode representar o mais primitivo ancestral humano localizado, aquele que, provavelmente, seria o ponto em que a nossa linhagem e a de nosso parente mais próximo, o chimpanzé, divergiu. Australopithecus afarensis O gênero Australopithecus compõe-se de várias espécies que viveram entre 2 e 4,5 milhões de anos atrás. Um dos fósseis mais importantes foi descoberto em 1974, na Etiópia. Ele pertencia a uma mulher com 30 kg, 1 m de altura, postura ereta e volume craniano de 420 cm3 (um terço do volume craniano do Homo sapiens). Esse fóssil, batizado de “Lucy”, pertence à espécie Australopithecus afarensis. Esta espécie teria evoluído, originando várias outras espécies e, entre elas, o Australopithecus africanus, que teria relação com a origem da primeira espécie de gênero Homo.

Homo habilis 40 cm

Fonte: Wikimedia Commons A20  Evolução da biodiversidade nas eras geológicas

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12 polegadas

Figura 08 - Montagem artificial, a partir do esqueleto, da representante dos Australopithecus afarensis mais conhecida: Lucy.

Homo habilis Essa espécie foi a primeira a fabricar ferramentas de pedras lascadas que deviam servir de faca para cortar a carne dos animais. Viveu entre 2,4 milhões e 1,5 milhão de anos atrás, apresentando volume cerebral de 650 cm3 (que corresponde a 50% do volume craniano do Homo sapiens). Análises indicam uma área cerebral referente à linguagem bem desenvolvida, podendo ter sido o primeiro homem a falar. Homo erectus Figura 09 - Desenho artístico de um representante do Homo habilis.

O fóssil do Homo erectus foi descoberto antes do Homo habilis e o nome advém do fato de ter sido considerado o primeiro com a postura ereta. Essa espécie viveu entre 1,8 milhão e 300 mil anos atrás, apresentando volume cerebral entre 800 e 1100 cm3.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

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Provavelmente, foi o primeiro hominídeo a usar o fogo. Essa ação facilitou sua capacidade de migração. Foram encontrados fósseis na Ásia e na Europa, além de outros encontrados na África. Acredita-se que seu desenvolvimento cerebral é devido à maior quantidade de nutrientes aproveitáveis com o cozimento dos alimentos. Homo sapiens Fósseis descobertos com idade de aproximadamente 500 mil anos foram classificados como formas muito antigas da nossa espécie. Um dos fósseis encontrados em uma caverna do vale de Neander, na Alemanha, foi denominado Homem de Neanderthal. Alguns cientistas consideram-no uma subespécie da nossa espécie, com o nome de Homo sapiens neanderthalensis. Outros pesquisadores não o consideram da nossa espécie e o denominam Homo neanderthalensis. Ele viveu entre 230 e 30 mil anos atrás e seu cérebro apresentava volume igual ou um pouco superior ao nosso. Suas ferramentas são bem mais complexas, quando as utilizavam para furar peles e confeccionar vestimentas. Eles moravam em cavernas e abatiam animais de grande porte com armas melhores, utilizando, inclusive, lanças de madeira. Algumas evidências sugerem que eles tinham rituais fúnebres e colocavam flores, armas e alimentos nos túmulos. O homem de neanderthal extinguiu-se há 30 mil anos, possivelmente devido à competição com a subespécie Homo sapiens sapiens- homem atual que teria surgido entre 100 e 150 mil anos atrás. O homem de cro-magnon (Homo sapiens sapiens) teria surgido, provavelmente, do Homo erectus e migrado para várias outras regiões, sofrendo mudanças em função das diferentes condições climáticas. A grande dispersão dessa espécie pode ter relação com o aumento do número de indivíduos nas populações e a necessidade de conquistar novos territórios.

Figura 10 - Reconstrução de uma fêmea de Homo erectus (baseada no fóssil ER 3733) pelo paleoartista John Gurche - parte do Programa de Origens Humanas do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, nos Estados Unidos.

A capacidade de adaptação dessa espécie sempre foi muito grande. Por meio da confecção de roupas e da construção de abrigos, eles suportavam os climas mais hostis. Os cro-magnons tinham esqueleto mais leve, eram mais ágeis e apresentavam comportamento social mais complexo que os neandertais. Provavelmente, foram os primeiros a elaborar a pintura rupestre, assim como esculturas e outras formas de arte, além de objetos produzidos a partir de ossos e marfim.

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Durante o curso da evolução, o Homo sapiens sapiens ampliou sua criatividade, sua memória, sua linguagem, sua organização social e sua cultura, avançando para o ser humano que conhecemos hoje. Um momento marcante para a nossa espécie foi o surgimento da agricultura, que ocorreu entre 15 e 10 mil anos atrás.

Figura 11 - Representação ilustrativa do processo de evolução do gênero Homo.

H. habilis

H. erectus

H. neanderthalensis

H. sapiens

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (UECE) Relacione corretamente as eras geológicas aos acontecimentos, numerando a Coluna II de acordo com a Coluna I. Coluna I 1. Pré-cambriana 2. Paleozoica 3. Mesozoica 4. Cenozoica Coluna II ( ) Diferenciação dos seres multicelulares e provável origem da vida na Terra e da fotossíntese. ( ) Diversificação dos mamíferos e das plantas angiospermas e dispersão do Homo sapiens. ( ) Aparecimento dos primeiros animais com esqueleto e das plantas com sementes. ( ) Aparecimento e extinção dos dinossauros; aparecimento dos mamíferos placentários e das plantas angiospermas. A sequência correta, de cima para baixo, é: a) 2, 1, 4, 3. c) 3, 2, 1, 4. b) 4, 3, 2, 1. d) 1, 4, 2, 3. 02. (UFRGS) O gráfico abaixo apresenta a variação do nível de oxigênio na atmosfera em função do tempo. 3

15 10

1 4,5

3,5

2,5

2 1,5

0,5

Oxigênio livre na atmosfera (%)

Tempo - em bilhões de anos do presente

Adaptado de: DOTT, R., PROTHERO, D. Evolution of the earth. New York: McGraw-Hill, 1994.

A20  Evolução da biodiversidade nas eras geológicas

Sobre o gráfico e os eventos nele assinalados, é correto afirmar que a) três bilhões de anos antes do presente não havia vida devido à escassez de oxigênio. b) o evento 1 corresponde aos primórdios do surgimento da fotossíntese. c) a respiração celular tornou-se possível quando os níveis de O2 na atmosfera atingiram uma concentração próxima à atual. d) o evento 2 refere-se à formação da camada de ozônio. e) o evento 3 dá início à utilização da água como matéria-prima para a produção de oxigênio. 03. (UEM PR) A evolução biológica está intimamente relacionada às alterações climáticas e geológicas ocorridas na Terra, as quais possibilitaram as adaptações desenvolvidas pelas

espécies. Sobre o assunto, e considerando conhecimentos correlatos, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. Na “explosão cambriana” houve grande diversificação dos seres vivos multicelulares. 02. No período Permiano houve a extinção dos grandes répteis em decorrência das condições climáticas desfavoráveis criadas pela queda de um grande meteorito. 04. A conquista do ambiente terrestre teve início na era Mesozoica. 08. Na era Cenozoica houve a diversificação e a expansão de plantas angiospermas e de mamíferos. 16. Os ancestrais de Hominidae atuais originaram-se em época anterior ao desaparecimento dos dinossauros. 04. (UEPB) A origem dos seres vivos na terra está associada aos vários eventos geológicos que ocorreram durante a evolução biológica. Nesse sentido, associe o período geológico em que provavelmente determinados táxons animais surgiram. ISiluriano A - Tetrápodes IITriássico B - Dinossauros III- Devoniano C - Invertebrados aquáticos IV- ré-cambriano D - Plantas terrestres Assinale a alternativa correta: a) I - C; II - B; III - A; IV - D. b) I - A; II - B; III - D; IV - C. c) I - C; II - D; III - B; IV - A. d) I - D; II - B; III - A; IV - C. e) I - B; II - A; III - C; IV - D. 05. (UFU MG) Em livros didáticos, é muito comum observarem-se representações artísticas de eras geológicas, com caracterizações do ambiente de um dado período, para melhor compreensão da evolução da vida na Terra. Observe, a seguir, as descrições de algumas dessas representações artísticas. I Uma planície com gimnospermas, riachos com peixes e inúmeros dinossauros. II Um terreno montanhoso com muitas angiospermas, aves no céu e mamíferos, como a preguiça e o tatu gigantes. III Diversas montanhas rochosas, mares e lagos com abundância de invertebrados, e planícies sem vegetação terrestre. Os períodos representados são, respectivamente, a) I – Terciário; II – Cambriano; III – Terciário. b) I – Terciário; II – Terciário; III – Jurássico. c) I – Jurássico; II – Terciário; III – Cambriano. d) I – Jurássico; II – Jurássico; III – Terciário.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

Membros superiores Membros inferiores

Adaptado de pnas.org.

Em relação aos demais primatas, a diferença na distribuição da musculatura da espécie humana favoreceu a seguinte atividade: a) ocupação das árvores. b) alimentação herbívora. c) locomoção quadrúpede. d) manipulação de objetos. 02. (Unicamp SP) O cladograma abaixo representa relações evolutivas entre membros da Superfamília Hominoidea, onde se observa que Hominoidea Hominidae Homininea Hominini Homo

Pan

Hyloba dae Família

Ponginae

Gorillini

Superfamília

Subfamília

Tribo

Gorilla Pongo Hylobates Gênero

a) homens e gibões (Hylobatidae) não possuem ancestral comum. b) homens, gorilas (Gorilla) e orangotangos (Pongo) pertencem a famílias diferentes. c) homens, gibões e chimpanzés (Pan) possuem um ancestral comum. d) homens, orangotangos (Pongo) e gibões (Hylobatidae) são primatas pertencentes à mesma família. 03. (Enem MEC) Paleontólogos estudam fósseis e esqueletos de dinossauros para tentar explicar o desaparecimento desses animais. Esses estudos permitem afirmar que esses animais foram extintos há cerca de 65 milhões de anos. Uma teoria

aceita atualmente é a de que um asteroide colidiu com a Terra, formando uma densa nuvem de poeira na atmosfera. De acordo com essa teoria, a extinção ocorreu em função de modificações no planeta que a) desestabilizaram o relógio biológico dos animais, causando alterações no código genético. b) reduziram a penetração da luz solar até a superfície da Terra, interferindo no fluxo energético das teias tróficas. c) causaram uma série de intoxicações nos animais, provocando a bioacumulação de partículas de poeira nos organismos. d) resultaram na sedimentação das partículas de poeira levantada com o impacto do meteoro, provocando o desaparecimento de rios e lagos. e) evitaram a precipitação de água até a superfície da Terra, causando uma grande seca que impediu a retroalimentação do ciclo hidrológico. 04. (Enem MEC) Pesquisadores recuperaram DNA de ossos de mamute (Mammuthus primigenius) encontrados na Sibéria, que tiveram sua idade de cerca de 28 mil anos confirmada pela técnica do carbono-14 FAPESP. DNA de mamute é revelado. Disponível em: http://agencia.fapesp. br.Acesso em: 13 ago. 2012 (adaptado).

A técnica de datação apresentada no texto sóé possível devido à a) proporção conhecida entre carbono-14 e carbono-12 na atmosfera ao longo dos anos. b) decomposição de todo o carbono-12 presente no organismo após a morte. c) fixação maior do carbono-14 nos tecidos de organismos após a morte. d) emissão de carbono-12 pelos tecidos de organismos após a morte. e) transformação do carbono-12 em carbono-14 ao longo dos anos. 05. (UEM PR) Sobre a evolução geológica e da vida no planeta Terra, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. A deriva dos continentes, desde a Pangeia até a configuração atual, contribuiu para o processo de especiação evolutiva no planeta Terra. 02. Os registros fósseis mais antigos encontrados são de plantas vasculares, datadas de cerca de 3 bilhões de anos. 04. Uma das explicações para a deriva dos continentes está baseada na existência de placas tectônicas, que flutuam sobre um substrato pastoso, a astenosfera. 08. Os fósseis são evidência direta ou indireta dos seres que viveram em tempos passados. 16. Registros fósseis foram utilizados por diversos pesquisadores para fundamentar a teoria evolutiva das espécies e a teoria da deriva continental.

A20  Evolução da biodiversidade nas eras geológicas

01. (Uerj RJ) No processo evolutivo de algumas espécies de primatas, destacam-se diferentes formas de movimentação e de distribuição da musculatura, conforme se observa a seguir.

FRENTE

BIOLOGIA

Questão 01. a) Nadadeiras modificadas, articuladas ao esqueleto, capazes de permitir sua locomoção em terra; capacidade de realizar trocas gasosas diretamente com o ar atmosférico (pulmões primitivos). b) Apoda: ausência de membros locomotores; Urodela: permanência de cauda pós-anal no adulto; Anura: ausência de cauda na fase adulta.

Questão 02. a) Ordem dos escamados — exemplos: serpentes em geral, como cascavel ou jararaca; lagartos, lagartixas, iguanas; ordem dos quelônios — exemplos: tartarugas, cágados e jabutis; ordem dos crocodilianos — exemplos: jacarés e crocodilos. b) Dentre as adaptações dos répteis para a vida em ambiente terrestre, podemos destacar: pele queratinizada e impermeável; excreção nitrogenada na forma de ácido úrico; respiração exclusivamente pulmonar; fecundação interna, ovo com casca calcária, desenvolvimento direto e presença de anexos embrionários.

Exercícios de Aprofundamento

ordens. Dê um exemplo de uma espécie pertencente a cada uma dessas ordens. b) Explique quais foram as adaptações necessárias para que os répteis pudessem viver no ambiente terrestre. 03. (UFLA MG) A transição dos vertebrados do ambiente aquático para o terrestre levou milhões de anos para ocorrer e várias adaptações morfológicas e fisiológicas nesses seres possibilitaram essa transição. Modificações relacionadas à reprodução surgiram nos répteis, se comparados aos anfíbios, que permitiram uma maior adaptação ao ambiente terrestre. Cite duas dessas modificações, explicando em que consiste cada uma delas. 04. (UFMG) Os sistemas circulatórios das diferentes classes de vertebrados assumem padrões bem característicos. Assim sendo, funcionalmente, as modificações estruturais do coração garantiram a eficiência do sistema cardiorrespiratório em diferentes animais. Analise, nestes gráficos, a variação da pressão na circulação sistêmica e na pulmonar em mamíferos e em anfíbios: Pressão na circulação sistêmica Mamífero

Pressão na circulação sistêmica 100 mmHg

mmHg

100

An bio

veia cava

An bio

Veia pulmonar

artéria pulmonar

Com base nas informações contidas nesses gráficos e em outros conhecimentos sobre o assunto,faça o que se pede. 54

Os números 1, 2 e 3 indicados nos traços em negrito representam, respectivamente, quais características encontradas nesses grupos? a) Presença de ovo amniótico, glândulas mamárias e penas; b) Presença de tubo nervoso dorsal, ovo amniótico e casco; c) Presença de homeotermia, pelos e penas; d) Presença de vértebras, pelos e voo; e) Presença de ovo amniótico, penas e pelos. 06. (Unievangélica GO)Leia o texto a seguir. O sistema digestório dos vertebrados é constituído por um tubo com regiões bem diferenciadas (boca, faringe, esôfago, estômago, intestino) e por diversas glândulas acessórias. O intestino dos peixes ósseos e de mamíferos marsupiais e placentários abre-se diretamente no ânus. O intestino dos condrictes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos monotremados termina em uma câmara, a cloaca. AMABIS, José Mariano; MARTHO, Gilberto Rodrigues. Fundamentos da biologia moderna: volume único. 4. ed. São Paulo: Moderna, 2006. p. 442.

Mamífero

Artéria aorta

homem

02. (Unifesp SP) Os répteis foram o primeiro grupo de vertebrados a conquistar o ambiente terrestre de forma plena. a) Os répteis modernos estão classificados em três principais

macaco

ou Apoda (cobras-cegas), Urodela (salamandras) e Anura (sapos, rãs e pererecas). Mencione uma característica exclusiva de cada uma delas.

05. (UFRR) A árvore filogenética parcial representa uma das hipóteses das relações evolutivas entre os grupos de animais representados abaixo. Os traços em negrito correspondem a uma característica que está presente nos grupos representados acima de cada um deles na árvore e que não está presente nos grupos abaixo deles. aves

a) Mencione duas modificações importantes nessa transição. b) Os anfíbios são classificados em três ordens: Gymnophiona

jacaré

e em sua fisiologia.

jiboia

de insetos. Antes de ganharem o meio terrestre, esses ancestrais dos anfíbios passaram por modificações em sua estrutura

a) EXPLIQUE, do ponto de vista morfofuncional, as diferenças observadas entre a pressão na circulação sistêmica e na pulmonar dos mamíferos. b) Considerando apenas os anfíbios, JUSTIFIQUE a semelhança entre os valores da pressão na circulação sistêmica quando comparados aos valores da pressão na circulação pulmonar.

jabu

habitar o meio terrestre. Provavelmente surgiram de peixes crossopterígeos que eventualmente saíam da água à procura

sapo

01. (Unicamp SP) Os anfíbios foram os primeiros vertebrados a

Questão 03. As modificações relacionadas a reprodução dos anfíbios para os répteis são: a fecundação deixa de ser externa e torna-se interna, garantindo assim uma maior probabilidade do encontro dos gametas masculinos e femininos. Além disso, temos a formação da casca dos ovos dos répteis garantindo a estes embriões uma maior proteção e impedindo a sua dissecação no ambiente terrestre.

A cloaca, no sistema digestório dos vertebrados, recebe a) o intestino de peixes ósseos e mamíferos placentários. b) exclusivamente os processos de reprodução dos anfíbios e répteis. c) unicamente o material vindo dos intestinos, nos cartilaginosos. d) os sistemas excretor e reprodutor, além do digestório.

Questão 04. a) A força de bombeamento do ventrículo esquerdo é muito maior para a circulação sistêmica devido à maior espessura da parede muscular, enquanto o bombeamento do ventrículo direito é menor na circulação pulmonar, porque sua parede possui menor espessura. b) O coração dos anfíbios é tricavitário e o ventrículo éúnico, portanto, sua força de bombeamento é a mesma.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

08. (Uncisal AL) A Paleontologia é a ciência que “contribui para o entendimento da origem e evolução da vida no planeta”. Em Alagoas, já foram coletados diversos fósseis de megafauna do Pleistoceno: preguiças gigantes, tigres-dente-de-sabre, paleolhama, mastodontes são alguns exemplos. SILVA, JORJE LUIZ LOPES. A paleontologia. In: Teixeira, L; Pozzi, H.A.; Silva, J.L. Patrimônio arqueológico e paleontológico de Alagoas. Maceió: Iphan-AL, 2012 (adaptado).

A descoberta de fósseis de megafauna em Alagoas indica que a) os fósseis encontrados foram formados pelo fenômeno de glaciação. b) o ambiente do estado, no Pleistoceno, tinha formação vegetal semelhante à savana. c) a fauna existente em Alagoas, no Pleistoceno, era composta somente por mamíferos. d) os cientistas poderão descobrir fósseis de dinossauros do Pleistoceno no Estado de Alagoas. e) os fósseis de megafauna encontrados podem ser usados para comprovar o fenômeno da deriva continental. 09. (UFGD MS) A avaliação da idade dos terrenos e dos fósseis permitiu aos paleontologistas estabelecer uma verdadeira divisão geo-histórica em eras, períodos e épocas, com os principais eventos de cada um. Considerando que a Terra se consolidou como um planeta há cerca de 4,5 bilhões de anos, as diversas eras, períodos e épocas têm, evidentemente, durações de milhões de anos. No decorrer das eras geológicas, os terrenos sedimentares formaram camadas superpostas. Muitas vezes, camadas de estrato sedimentar acabaram cobrindo camadas de estrato vulcânico (rochas provenientes de lava contendo fósseis). Sobre esse assunto, afirma-se que I. as pesquisas paleontológicas revelam que a vida se instalou na Terra durante o período Pré-cambriano, há cerca de 1 bilhão de anos. Durante a Era Mesozoica, ela evoluiu, levando

ao aparecimento de imenso número de espécies animais e vegetais. Esta Era é também chamada Era Primária. II. na Era Paleozoica, também conhecida como Era Secundária, que durou entre 200 milhões e 65 milhões de anos, os grandes répteis (dinossauros) dominaram o planeta. III. na Era Cenozoica, que compreende o Terciário e o Quaternário, surgem os grandes mamíferos. O domínio desses enormes animais ficou num período que começou há 50 milhões de anos e veio até há uns 20 milhões de anos. IV. segundo a visão atual, todas as ordens de mamíferos placentários surgiram no início da Era Mesozoica, a partir de representantes mais simples semelhantes ao musaranho. V. baseando-se na Anatomia e Embriologia comparadas, o anatomista e antropólogo Thomas Henry Huxley demonstrou que o desenvolvimento embrionário do ser humano se assemelha muito mais ao de macacos e gorilas, do que ao de outros mamíferos. Além disso, mostrou que havia uma série de semelhanças anatômicas entre o ser humano e os demais primatas. Está correto apenas o que se afirma em a) I c) II e III e) III e V b) II d) V 10. (Uncisal AL) A figura abaixo representa mamíferos extintos, cujos fósseis foram descobertos em diversos municípios de Alagoas: preguiça gigante, tigre dente de sabre, toxodonte, tatu gigante, mastodonte, paleolhama. Esses animais viveram no Pleistoceno, em diversas partes da América. Os fósseis foram encontrados em sítios paleontológicos, em função de um período de estiagem prolongada na região, a partir de 2011.

Museu Paleontológico de Maravilha “Otaviano Florentino Ritir”– Arte Valdo Lima, 2007

A extinção desses animais, na nossa região, está diretamente relacionada com a) competição intra e interespecífica. b) infecções bacterianas na megafauna. c) ação predatória do homem, principalmente a caça. d) vulcanismo, em função da queda do meteoro na América Central. e) alterações climáticas globais, em função do final das glaciações do Pleistoceno 55

FRENTE A  Exercícios de Aprofundamento

07. (ESCS DF) A excreção de compostos nitrogenados pelos animais está relacionada à toxicidade dessas substâncias e à concentração de água nos tecidos. A respeito desse assunto, assinale a opção correta. a) A amônia é uma substância de toxicidade baixa e insolúvel em água, propriedade química importante para os invertebrados terrestres. b) O produto final da excreção dos mamíferos é principalmente a amônia, que é bem menos tóxica que a ureia. c) Os insetos possuem sistema excretor na forma de tubos simples e abertos para o exterior por poros excretores. d) Os peixes marinhos produzem grande volume de urina, quando comparado ao dos peixes de água doce, que perdem pouca água para o meio externo, produzindo, portanto, urina bem concentrada e pouco volumosa. e) O resíduo nitrogenado das aves e dos répteis terrestres, animais que dispõem de muito pouca água, compõe-se principalmente de ácido úrico, excreta insolúvel em água e de baixa toxicidade.

FRENTE

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BIOLOGIA Por falar nisso Na Terra, existe vida por todos os lados. Desde as regiões polares aos extensos desertos, cumes de montanhas, margens de lagos, em alto mar e nas profundidades abissais. No ecossistema terrestre ou aquático, quaisquer que sejam as condições e recursos ambientais disponíveis, encontraremos formas adaptadas à vida. Na imagem de abertura desta página, vemos a costa brasileira entre os estados do Rio de Janeiro e Paraná. Em ambiente como esse, por exemplo, encontramos organismos de diferentes espécies vivendo em equilíbrio nesses espaços. Você saberia dizer quais são os fatores que permitem organismos tão distintos como esses viverem no mesmo ambiente? Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

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Biomas brasileiros ............................................................................58 Teorias evolutivas .............................................................................74 Evidências da evolução e fatores evolutivos ...................................84 Especiação..................................................................................... 100

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B17

ASSUNTOS ABORDADOS n Biomas brasileiros n Floresta Amazônica n Floresta Atlântica n Cerrado n Floresta de Araucárias n Pampa n Caatinga n Pantanal n Mata dos Cocais n Mangues

BIOMAS BRASILEIROS Os biomas são grandes ecossistemas constituídos por comunidades que atingiram um estado de equilíbrio nos diferentes espaços geográficos do Globo terrestre. Sua distribuição está relacionada às condições climáticas e geológicas tais como, temperatura, umidade, precipitação, profundidade e condições de solo. Esses fatores têm por objetivo atuar como facilitadores ou dificultadores na existência de algumas espécies, seja ela animal ou vegetal. Em regiões como o Norte do Brasil, na América do Sul, o Congo, no Continente Africano, a Indonésia e o Vietnã, no Sudeste Asiático, por exemplo, podemos perceber nas florestas pluviais, um conjunto de ecossistemas semelhantes e limitados a uma mesma latitude, funcionarem em virtude dos condicionantes climáticos na vegetação e fauna associada. Os biomas, de modo geral, apresentam aspectos característicos de flora e fauna. As plantas e animais presentes nas regiões das florestas de alto dossel, por exemplo, possuem alta riqueza de espécies de anfíbios, répteis e mamíferos arborícolas. Essas comunidades encontram-se devidamente adaptadas às condições ambientais de alta umidade e incidência solar e, também, desenvolvem diferentes estratégias de vida frente à intensa competição ecológica existente. No Brasil, em função das variações climáticas e geológicas que ocorrem nas extensas dimensões continentais do país, os biomas são notáveis por seus altos índices de biodiversidade. Tais variações apresentam diferentes regimes de precipitação, formando zonas semiáridas, úmidas, intermediárias, de sazonalidade marcada ou de chuvas constantes; grandes variações geológicas, com regiões de solos pobres em nutrientes, passíveis de erosões, férteis, regiões de serras, planícies e escarpa; e de grandes variações de temperatura, com um Norte quente e úmido e um Sul frio e seco. Tais diferenças caracterizam os diversos biomas brasileiros, cujos seres vivos se encontram adaptados às condições existentes em determinada área geográfica, a qual resulta em um conjunto de ecossistemas que funciona de um modo relativamente estável. No mapa a seguir, podemos observar os principais biomas brasileiros.

Bioma Amazônia 80% restante

Bioma Caa nga 50% restante Bioma Cerrado 60% restante

Bioma Pantanal 5% restante Bioma Mata Atlân ca Bioma Pampa

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Floresta Amazônica O bioma da floresta Amazônica abrange cerca de 40% do território brasileiro e se estende pelos estados do Amazonas, Acre, Amapá, Rondônia, Roraima, Pará, regiões oeste do Tocantins e Maranhão e região norte do Mato Grosso. É uma zona de alta incidência solar, com precipitação anual que varia entre 1600 a 3600 mm devido às intensas massas de ar úmido oriundas do Oceano Atlântico. A umidade da floresta é produzida por evapotranspiração, isto é, pela perda de água da vegetação para o meio ambiente em forma de transpiração ou evaporação. Sua amplitude térmica também não é muito grande, com temperaturas médias variando entre 24°C a 27°C, portanto, trata-se de uma floresta equatorial úmida.. Venezuela Colômbia

Guiana Suriname Guiana francesa

Equador

Brasil

Peru Bolívia

Figura 01 - Mapas representando os limites da Floresta Amazônica: à esquerda, envolvendo os países da América do Sul; à direita, apenas a Amazônia Brasileira.

O solo da região amazônica é pobre em nutrientes, ou seja, a sua maior extensão não é um solo fértil. A comunidade vegetal se nutre da matéria inorgânica obtida da decomposição da própria biomassa da floresta (galhos, folhas, frutos, vermes e restos de animais). Assim, as plantas vivem da ciclagem de nutrientes, enquanto suas raízes se encarregam de aumentar sua área de absorção por meio de associações microfísicas, a fim de evitar que os nutrientes decompostos no solo sejam carregados pelas chuvas constantes para os cursos d’água (processo denominado lixiviação do solo). Esse ciclo de enriquecimento superficial do solo é interrompido com a derrubada da floresta, já que a matéria orgânica disponível é oriunda dela mesma. Apesar da exuberância apresentada pela vegetação da floresta, os solos amazônicos possuem uma restrita camada de matéria orgânica (de 1,0m a 2,0m de profundidade) que se encontra na superfície, conhecida como húmus, oriunda do próprio ecossistema. Nessa fina camada fértil, os organismos vivos (insetos, fungos, algas e bactérias) reciclam os nutrientes dispostos no ambiente. Fatores como a temperatura, que permanece alta o ano todo; a enorme umidade relativa do ar presente na região e a restrita variação do clima contribuem para o processo biológico que garante a sustentação desse bioma. Esse processo, por sua vez, é longo e complexo. A principal camada responsável por manter a floresta sempre verde e exuberante - mesmo aquela fixada em um solo relativamente podre - é denominada serrapilheira. B17  Biomas brasileiros

No que tange à hidrografia, um aspecto importante do bioma Amazônico está relacionado aos cursos d’água classificados entre águas brancas e águas negras. No primeiro curso, grande quantidade de sedimentos finos são carregados, arrastando areia em seu leito. Nas águas negras, seus cursos passam entre as florestas e carregam uma significativa quantidade de matéria orgânica e poucos sedimentos. Além destes, têm-se os igarapés, outro curso d’água primário navegável por pequenos barcos e canoas em águas negras e de pouca profundidade encontrada pelo interior da floresta.

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Biologia

Figura 02 - Aspectos da hidrografia amazônica: à esquerda, um igarapé correndo dentro da mata; à direita, encontro do rio Negro (de águas negras) com o rio Solimões (de águas brancas) formando o rio Amazonas. Os rios correm lado a lado sem se misturarem devido à diferença na velocidade de corrente, temperatura e densidade.

No que tange à vegetação da floresta, a flora é representada, principalmente, por árvores de grande porte de 20 a 50 m de altura com folhas largas e perenes, que formam um dossel fechado. Portanto, pela dificuldade de entrada, pouca luz atinge seu solo, o que torna a vegetação predominantemente ombrófila e latifoliada para o estrato que constitui o habitat de determinadas espécies. Diversas plantas epífitas, por exemplo, se instalam nos ramos mais altos, evitando assim a competição pela luz. A vegetação se divide entre matas, sendo elas: Mata de terra firme: livres da inundação periódica, onde se desenvolvem as árvores de copas mais altas, como as castanheiras e os cauchos. Mata de igapós: sofre inundações frequentes por águas negras estagnadas nas enchentes de rios e igarapés e, por isso, possui um aspecto de difícil acesso devido à disposição de árvores baixas (20 m), cipós, epífitas e plantas aquáticas pelo rio.

Figura 03 - Representação dos estratos vegetativos: herbáceo, arbustivo, arbóreo médio e superior.

Mata de várzea: sofre inundações ocasionais por águas brancas. Nessas áreas inundadas, encontram-se as vitórias-régias, seringueiras e palmeiras como o tucumã e a pupunha. Algumas adaptações vegetais para a vida em áreas alagadas são as raízes tabulares, que permitem maior fixação ao solo e sementes capazes de flutuar. Altura Altur 40m

Extrato arbóreo superior

30m

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20m

10m Homem

Extrato arbóreo médio

Extrato arbóreo inferior Extrato arbus vo

Extrato herbáceo

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A fauna amazônica possui uma característica visivelmente exuberante e é representada por vários insetos e demais invertebrados, já que a umidade e o calor presentes nesse bioma são condições propícias para a proliferação da maioria das espécies desse grupo. Há grandes felinos, cobras de grande porte e diversas aves, como araras, papagaios, tucanos e periquitos. Em suas águas, são encontrados diversos quelônios, o famoso boto-cor-de-rosa, peixe-boi, ariranha, o jacaré-açu e o pirarucu - maior peixe de água doce do mundo (chegando medir até a 2,5 m de comprimento). Já a fauna arborícola, associada ao dossel da floresta (onde se encontram as plantas epífitas), é representada por macacos, saguis, lagartos, anfíbios e diversas aves. A fauna e flora amazônicas vêm sofrendo redução ocasionada pelo desmatamento, de uma área total que representa 15% da floresta original. Esse processo acentuou-se nas últimas quatro décadas e foi concentrado nas bordas sul e leste da Amazônia Legal, o chamado Arco do Desmatamento. Suas principais causas são: a extração ilegal de madeira e o crescimento da agropecuária. No bioma Amazônia, são desenvolvidas diversas atividades econômicas, como o extrativismo vegetal da seringueira e caucho, de onde se retiram as matérias-primas da borracha. É desse bioma que também se extraem a castanha-do-pará, o guaraná e madeiras variadas. É intenso o extrativismo mineral, como o ferro na Serra dos Carajás, Pará, além de ouro, bauxita e calcário em outras regiões. Impactos da agricultura de arroz, milho, cacau, mandioca e da pecuária, principalmente nos estados de Rondônia, Amapá e Tocantins também são sentidos. O desmatamento e a exploração insustentável dos recursos naturais resultam nos principais problemas ambientais da região, enquanto o manejo sustentável da floresta garantiria trabalho e produtividade para as populações. As possibilidades de bioprospecção e investimentos tecnológicos, principalmente na indústria farmacêutica, representam uma perspectiva para a floresta, assim como o combate à biopirataria que é necessário para proteção dos recursos medicinais que a floresta produz como, por exemplo, o curare (princípio anestésico) e o quinino (antimalárico).

Floresta Atlântica A floresta Atlântica estende-se ao longo das regiões serranas do complexo da Serra do Mar, formada por montanhas e planícies paralelas à costa brasileira. A floresta Atlântica passa pelos estados do Rio Grande do Norte ao Rio Grande do Sul com algumas interrupções pluviais do encontro com outros biomas. Essa faixa litorânea, constituída por planaltos e serras, possui elevada umidade atmosférica oriunda dos ventos marítimos, que se condensam na costa e precipitam-se ao subir para as camadas de maior altitude.

Figura 04 - Detalhes da fauna e flora amazônicas: à cima, vitória-régia, planta aquática símbolo da região; ao centro, uma onça-pintada; e à baixo, frutos de guaraná, planta típica da região.

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A temperatura é bastante variável por se tratar de uma extensão Norte-Sul, com máximas de 26°C no Nordeste e mínimas de-6°C no Sul. Mas em geral, as temperaturas médias giram em torno de 14 a 21°C. O solo é granítico, pobre em nutrientes e nele se processa, em menor escala, o mesmo ciclo de decomposição interdependente planta-solo da região amazônica. Da Mata Atlântica original, restam apenas 4% da floresta na costa brasileira desde o descobrimento do Brasil.

Figura 05 - Distribuição do bioma Floresta Atlântica sobre o Brasil: distribuição original (esquerda) e distribuição atual (direita).

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A flora é composta por uma vegetação arbórea em torno de 30 m e uma intensa vegetação arbustiva nos estratos inferiores representados por musgos, samambaias, orquídeas e bromélias, além de lianas, cipós e plantas epífitas. Um total de 20000 plantas já foi catalogado para o bioma, sendo algumas bastante representativas, como o pau-brasil, sucupira, jacarandá, peroba, ingá e figueiras.

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A fauna possui espécies adaptadas às condições ombrófilas, ou seja, de sombra, sendo pouco tolerante às variações de umidade, temperatura e insolação. Cerca de 2200 espécies de pássaros, mamíferos, répteis e anfíbios já foram descritos como espécies que fazem parte da composição do bioma da mata Atlântica, muitas ameaçadas de extinção, como o mico-leão-dourado, muriqui, jaguatirica, arara-azul-pequena, anfíbios e répteis.

Figura 06 - Aspectos da fauna e flora da Mata Atlântica: uma floresta sombreada com muitas epífitas e uma fauna rica em primatas e anfíbios.

Estima-se que antes da exploração, a Mata Atlântica compreendia 1,3 milhão de km² do território brasileiro, enquanto que hoje, sua extensão se resume a um total de 52000 km² (4%) em áreas fragmentadas. Há fragmentos isolados no sul da Bahia, Espírito Santo, litoral do Estado do Rio de janeiro, no conjunto da Serra dos Órgãos (Teresópolis-RJ), e litoral do Estado de São Paulo. Os principais motivos da diminuição da floresta foram os ciclos econômicos vividos pelo Brasil desde o início do processo de colonização com a exploração do Pau-Brasil - árvore típica da Mata Atlântica. Na sequência, a plantação de cana-de-açúcar para produção de açúcar destinado à coroa Portuguesa, impulsionou outros ciclos econômicos, como a ocupação e urbanização não sustentável do litoral brasileiro. Atualmente o território Atlântico abriga cerca de 65% da população do País, incluindo metrópoles como São Paulo e Rio de Janeiro. Na floresta Amazônica, embora haja uma grande diversidade de espécies da flora e fauna, não existem grandes populações. A fragmentação de habitats tem acentuado os perigos de extinção, visto que existem várias plantas e animais endêmicos na região. Outro problema é o comprometimento das áreas de mananciais presentes no bioma, já que a supressão da vegetação acarreta o assoreamento dos cursos d’água. Esses mananciais ainda convivem com o transtorno dos lançamentos de esgotos clandestinos.

Cerrado B17  Biomas brasileiros

O Cerrado é o representante brasileiro do bioma de savanas. É o segundo maior bioma em extensão do Brasil e da América do Sul atrás apenas da Amazônia, compreendendo 23% do território nacional, englobando os estados de Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais, Piauí, Tocantins e Distrito Federal. É encontrado ainda em partes da Bahia, Ceará, Maranhão, São Paulo, Paraná, Rondônia e manchas em Roraima.

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Figura 07 - Mapa da distribuição aproximada do bioma cerrado no território brasileiro e aspecto da sua paisagem.

O solo da região do cerrado é profundo, com uma leve camada superficial de húmus, porém, é bastante intemperizado, ou seja, desgastado por agentes físicos e químicos com baixa fertilidade natural, mas com alta concentração de alumínio e ferro, o que lhe confere a coloração avermelhada, principal característica do seu cenário. O cerrado apresenta duas estações bem definidas: verão úmido e inverno seco. A precipitação é concentrada em uma época do ano, geralmente entre os meses de novembro a abril, seguido por um período de relativa estiagem, entre maio e outubro.

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A vegetação é diferenciada em diversas paisagens componentes desse bioma, como o cerradão com elevada densidade vegetativa, o cerrado propriamente dito ou campos savânicos, campos sujos, campos limpos, veredas e matas de galeria. Esta quantidade de ambientes diferentes e, consequentemente, de condições e recursos para sobrevivência de algumas espécies, resulta em uma alta diversidade da fauna e flora.

Figura 08 - Aspecto da vegetação do cerrado: muitas gramíneas, arbustos e árvores esparsas. No período da seca, podem ocorrer incêndios naturais, importante agente ecológico desse ecossistema.

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A vegetação do Cerrado se apresenta dominada por gramíneas, arbustos e árvores esparsas. Árvores retorcidas, que possuem casca grossa, folhas espessas e raízes profundas, lhes permitem alcançar o lençol freático e, desse modo, tornam-se adequadas para o reflorestamento do bioma em caso de incêndios, por exemplo. Outro fenômeno frequente é a queda das folhas que, por sua vez, acontece devido a fatores térmicos (baixas temperaturas ou geadas) ou fotoperiodismo, mas, não por fatores hídricos A produção de brotos e flores pelas árvores ocorre mesmo na estação de seca, uma vez que já existe bastante umidade proveniente do lençol freático atingido pelas raízes típicas dessas plantas (raízes até 20 metros de profundidade). À medida que pesquisas são desenvolvidas, constatam-se que os aspectos visuais da vegetação dessa região devem-se às propriedades do solo, que é deficiente em nutrientes minerais, ácido, e rico em alumínio. 63

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O escleromorfismo oligotrófico, assim traduzido: “forma”(morfismo) “dura”(esclero) devido à “pouca” (oligo) “nutrição” (trófico), justifica a fisionomia típica desse bioma. O aspecto ananicado da vegetação do Cerrado se relaciona com a falta de nitrato no solo. Ele é necessário para produção de aminoácidos que formam proteínas e produzem crescimento na planta. A falta de fosfato também compromete a formação de ácidos nucleicos. A casca espessa (súber grosso) também seria uma consequência direta da deficiência nutricional do solo. A escassez de proteínas impõe um desvio da rota metabólica do organismo vegetal, privilegiando a produção de carboidratos e suberina (constituinte da casca-súber).

Alguns elementos típicos da flora dos cerrados são os pequizeiros, ipês, copaíbas, cajuzinhos, aroeiras, muricizeiros, mangabeiras e assa-peixes. A fauna presente na região é representada pelo lobo-guará, tamanduá-bandeira, tatu-canastra, veado-campeiro, onça-pintada, macaco-prego, paca, ariranha, seriemas e cupins. A região do Cerrado é utilizada para práticas de pecuária e de agricultura extensiva (utilizam-se métodos para correção do pH do solo e adubação), principalmente grãos de soja e milho. O resultado destas ações são níveis alarmantes de desmatamento e do uso de agrotóxicos, que podem causar a seleção de superpragas e levar à poluição dos cursos d’água. Além disso, existem carvoarias clandestinas que derrubam grande parte das áreas de mata, deixando o solo exposto às erosões.

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Na vegetação, as folhas são duras (coriáceas), de superfície brilhante e rica em fibras vegetais (esclerênquima). Flores, frutos e folhas possuem uma espessa camada de cera ou pelos. No período chuvoso, o solo é rico em gramíneas. No inverno seco, essa gramínea se transforma no combustível dos incêndios (queimadas) que fazem parte da vida do Cerrado. Os caules subterrâneos das plantas do cerrado (xilopódios) preservam-se do calor das chamas, na ação recorrente do fogo. Nessas estruturas, existem gemas (tecido meristemático) que brotam após a queimada e novos ramos verdes surgem em um toco recoberto de carvão. A casca espessa (súber) funciona como isolante térmico, evitando aquecimento dos tecidos internos e gemas laterais do vegetal. A tortuosidade dos troncos se relaciona também com as queimadas. A eliminação frequente das gemas apicais (meristema apical do caule) pelo fogo define uma nova direção para o crescimento

dos troncos e galhos a partir de uma gema que foi preservada quebrando a linearidade do crescimento. O fogo é um agente natural desse ecossistema, ocorrendo por meio de descargas elétricas no início do período de chuvas, quando a vegetação ainda se encontra seca. Certas espécies típicas do cerrado só florescem e as sementes só germinam após os incêndios. Esse tipo de vegetal foi gradativamente selecionado pelo meio, pois sobrevivia aos incêndios recorrentes. Já os animais, sobreviviam aqueles mais aptos a escapar do fogo , sendo que esses permaneciam nos ecossistemas adjacentes até que as queimadas cessassem e esses animas em refúgios pudessem retornar para o seu ambiente de origem. No entanto, hoje, cercas construídas pelo homem limitam a caminhada e fuga desses animais, culminando em muitas mortes.

Figura 09 - Flora e fauna típicas do cerrado: à esquerda, ipê florido; ao centro, flores do pequizeiro e à direita, o lobo-guará.

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Floresta de Araucárias

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O bioma conhecido como floresta de Araucárias ocorre na região sul do país, nos estados do Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul, além de pontos elevados em São Paulo e sul de Minas Gerais. Esse bioma é definido pelo CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) como uma fitofisionomia do bioma da Mata Atlântica. Sua principal característica é a predominância da árvore que dá nome ao bioma, a Araucária (Araucaria angustifolia), uma conífera conhecida também como pinheiro-do-paraná ou pinheiro-brasileiro. Esse tipo de vegetação está adaptado ao clima subtropical que possui verões quentes e invernos rigorosos com chuvas bem distribuídas durante o ano. Além disso, o relevo influencia significativamente nos aspetos desse bioma, uma vez que esse tipo de vegetal prolifera em áreas que se encontram no mínimo 500 metros acima do nível do mar. Portanto, a floresta de Araucárias é considerada um contínuo da Mata Atlântica, mas com adaptações e características de vegetações em altas latitudes.

Figura 10 - Distribuição aproximada do bioma floresta de Araucárias no mapa do Brasil e aspecto da sua paisagem.

O clima nessa região é subtropical, com invernos rigorosos. Quando ocorrem geadas, as temperaturas se aproximam de 0 °C. Nos verões quentes, as temperaturas costumam variarem torno dos 30 °C. Já a precipitação é relativamente bem distribuída durante todo o ano. A araucária é uma conífera de tronco reto, copas voltadas para cima como um candelabro e de casca grossa (quase 10 cm de espessura). Desenvolve alturas entre 20 a 50 m e diâmetro aproximado de 1,2 m. A planta tem preferência por lençóis freáticos pouco profundos. O pinhão, semente das araucárias, é bastante apreciado e consumido de diversas formas entre os habitantes da região. B17  Biomas brasileiros

Além do pinheiro-do-paraná, algumas outras espécies da flora se desenvolvem no sub-bosque dessa vegetação, como a imbuia, erva-mate, guabiroba, pitanga, canela e diversos musgos, samambaias e espécies epífitas. Na fauna, seus representantes incluem beija-flores, tucanos, gralha-azul, gaturamos, arapongas e roedores (dispersores dos pinhões), como cotias e pacas. O bioma abriga ainda cerca de 20 espécies de primatas, a maioria endêmica. 65

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Biologia

Figura 11 - Aspectos da flora e fauna da floresta de araucárias: algumas aves com bicos adaptados se alimentam dos pinhões.

Como todo bioma brasileiro, a floresta de Araucárias também sofre negativas intervenções humanas. Estudos recentes estimam que exista apenas 1 a 2% da cobertura original do bioma, uma vez que o excesso de extração de madeira para fabricação de móveis e indústria de papel tem sido uma constante. Sabe-se que, durante o governo Getúlio Vargas, ocorreu um incentivo para ocupação das terras dos estados do Paraná e Santa Catarina para práticas agropecuárias, já que a região possui um solo bastante fértil, conhecido como terra-roxa, o que contribuiu para o desmatamento acelerado da floresta.

Pampa

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Nesse tipo de pradaria, o clima na região é o subtropical úmido, com invernos frios, com a ocorrência de geadas e temperaturas abaixo de 0 °C e verões bem quentes e úmidos, com temperaturas de até 35 °C. A quantidade de chuvas é relativamente uniforme durante todo o ano. No bioma Pampa, também conhecido como Campos do Sul ou Campos Sulinos, a paisagem campestre é notavelmente homogênea com o predomínio de gramíneas e algumas ervas. Árvores e arbustos ocorrem apenas próximos aos cursos d’água.

Figura 12 - Mapa da distribuição dos pampas restrito ao estado do Rio Grande do Sul e aspecto de sua paisagem, composta por gramíneas e plantas herbáceas.

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A fauna da região é representada por aves como pica-pau e anu-preto e mamíferos como veado, tatu, rato d’água e gato-do-pampa, além de muitos répteis e anfíbios. Pela ocorrência de solos férteis e profundos, a região é bastante explorada para práticas agropecuárias, estendendo-se monoculturas de arroz, milho, soja, trigo e uva, como também pastoreio de bois e ovelhas. O bioma campestre dos Pampas é o que possui menor representatividade no Sistema Nacional de Unidades de Conservação (SNUC), o que preocupa pesquisadores, haja vista que com o grande avanço da fronteira agropecuária, pode estar perdendo oportunidades de entender como se comporta o ecossistema, além de conhecer melhor as relações ecológicas entre os meios abióticos e bióticos da região.

Caatinga A Caatinga, do tupi-guarani “mata branca”, possui distribuição restrita ao Brasil, compreendendo 10% do território nacional, englobando os estados do Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe, Bahia e norte de Minas Gerais. A temperatura média nesse bioma é de 27 °C, prevalecendo o clima semiárido, com secas prolongadas, que podem durar de oito a nove meses e elevada amplitude térmica diária. No planalto, os afloramentos rochosos mais expostos, sujeitos à ação dos ventos e outros fatores, podem experimentar temperaturas muito baixas e próximas ou abaixo de 0 °C durante as noites mais frias do ano, enquanto que a temperatura pode ser bastante elevada durante os dias quentes e ensolarados de verão. Essa grande variação local de temperatura e umidade durante o dia influencia bastante a vegetação dessas áreas, e é um forte fator a determinar sua composição.

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Figura 13 - Mapa da distribuição do bioma Caatinga no Brasil e aspecto da sua paisagem adaptada às condições de seca.

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A precipitação média anual da região varia entre 400 a 700 mm, aumentando em regiões mais próximas ao litoral. Mesmo quando chove, o solo raso e pedregoso não consegue armazenar a água que cai e a temperatura elevada provoca intensa evaporação. Por isso, somente em algumas áreas próximas às serras, onde a abundância de chuvas é maior, a agricultura se torna possível. Na longa estiagem, os sertões são, muitas vezes, semidesertos, nublados, mas sem chuva. O sol forte acelera a evaporação da água das lagoas e rios que, nos trechos mais estreitos, secam nos períodos de seca intensa. No geral, o solo é raso, rico em minerais, mas pobre em matéria orgânica, já que a decomposição dessa matéria é prejudicada pelo calor e a luminosidade intensa durante todo ano na Caatinga. Além das condições climáticas rigorosas, a região da caatinga tem ventos fortes e secos, que contribuem com a aridez da paisagem nos meses de seca. A presença de minerais no solo do bioma é garantia de fertilidade em um ambiente que sofre com a falta de chuvas. Por isso, nos poucos meses em que a chuva cai, algumas regiões secas rapidamente se transformam, dando espaço a árvores verdes e gramíneas.

Biologia

Muitos cursos d’água da região são intermitentes ou temporários, desaparecendo nos períodos de seca. A população obtém água de poços artesanais ou açudes. Os rios mais importantes são o São Francisco e o Parnaíba. A vegetação é constituída por árvores baixas e arbustos, além de cactos e bromélias, sendo muitas plantas xerófilas, ou seja, adaptadas às condições de seca. O estresse hídrico leva a adaptações morfológicas como tecidos capazes de armazenar água, zona pilífera muito densa para coletar o máximo de precipitação e alcançar os lençóis freáticos. Plantas com folhas com cutículas de cera espessas , transformadas em espinhos ou com a queda das folhas no auge da seca são exemplos de adaptações que impedem uma grande perda de umidade por transpiração cuticular,. Os representantes típicos da flora da região são o cacto mandacaru, xique-xique a bromélia caroá e as árvores: barriguda, juazeiro e umburana. Muitas das espécies vegetais da Caatinga têm potencial medicinal e alimentício, além de fornecerem matérias-primas como ceras, fibras e óleos. Um aspecto interessante do bioma é que grande parte da fauna possui hábitos noturnos frente às altas temperaturas registradas durante o dia. Porém, existem alguns roedores que permanecem ativos durante o dia em túneis escavados no solo arenoso e servem de alimento para os cachorros-do-mato e outros animais. A dificuldade de se encontrar água é um obstáculo para a existência de grandes mamíferos na região. Os representantes da fauna da Caatinga incluem, também, o preá, cutia, tatupeba, cobra, lagarto e aves como a asa-branca e o carcará e muitos insetos e aracnídeos. Os répteis, por possuírem uma pele grossa, impermeável e ácido úrico como excreta nitrogenada, tem sua ocorrência favorecida no bioma.

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Apesar da sua importância para o ecossistema brasileiro, o bioma tem sido desmatado de forma acelerada. Isso se deve, principalmente, ao consumo de lenha nativa, explorada de forma ilegal e insustentável, para fins domésticos e indústrias, ao sobrepastoreio e a conversão para pastagens e agricultura. Frente ao avançado desmatamento que chega a 46% da área do bioma, segundo dados do Ministério do Meio Ambiente (MMA), o governo busca concretizar uma agenda de criação de mais unidades de conservação federais e estaduais no bioma, além de promover alternativas para o uso sustentável da sua biodiversidade.

Figura 14 - Aspectos da fauna e flora da Caatinga.

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SAIBA MAIS TRANSPOSIÇÃO DO RIO SÃO FRANCISCO O Rio São Francisco nasce na Serra da Canastra em Minas Gerais e, depois de passar por cinco Estados brasileiros: Minas Gerais, Bahia, Pernambuco, Sergipe e Alagoas, deságua no Oceano Atlântico a cerca de 2,7 mil km de extensão, na divisa entre Sergipe e Alagoas. O projeto de transposição do São Francisco surgiu com o argumento de sanar a deficiência hídrica nas regiões semiáridas, por meio da transferência de água do rio para o abastecimento de açudes e rios menores na região nordeste, diminuindo a seca no período de estiagem. O tema é controverso porque uma obra desse porte induz uma série de novas interações e impactos ambientais. Grande parte das críticas referem-se aos impactos negativos que a alteração traria para o ecossistema da região ao intervir no habitat natural de muitas espécies. Há também a possibilidade de salinização e erosão dos rios receptores devido ao volume de água repassado e o estado de fragilidade dos afluentes que alimentam o São Francisco. Logo, a transposição poderia ameaçar a sobrevivência do rio. No projeto original, dois canais de água removida do rios percorreriam o sertão nordestino e desaguariam no oceano Atlântico. Esses canais atenderiam as demandas da população, promovendo o aumento da produtividade das áreas adjacentes. Porém, uma questão técnica não foi devidamente avaliada. Submetida a uma atmosfera muito seca do sertão, durante o percurso dessa água nos canais, a taxa de evaporação da mesma seria extravagantemente alta. Além disso, com duas estações elevatórias removendo volumes de água da calha principal do rio São Francisco, a geração de energia elétrica na usina de Paulo Afonso ficaria comprometida e o sertão nordestino além da falta de água também sofreria sem o recurso da energia elétrica. Outro argumento é o de que a transposição serviria para expandir as fronteiras do agronegócio, beneficiando, sobretudo, latifundiários, pois grande parte dos canais passa por fazendas. Apenas 4% da água será destinada à população local, 26% ao uso urbano e industrial e 70% para irrigação da agricultura. (http://www.cartaeducacao.com.br/reportagens/entenda-a-transposicao-do-rio-sao-francisco/

Pantanal O Pantanal é a maior planície alagável do mundo, com cerca de 80% de sua área total coberta pelas águas durante o período de cheias. A parte brasileira se localiza nos estados de Mato Grosso e Mato Grosso do Sul e o rio Paraguai é o principal produtor das áreas inundadas periodicamente.

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O clima da região é tropical úmido, com índices de precipitações anuais variando entre 1000 a 1500 mm e alta evaporação. A temperatura média é de 25°C, com verões quentes e úmidos e invernos frios e secos. O solo da região é bastante arenoso.

Figura 15 - Mapa de distribuição do bioma Pantanal no Brasil e aspecto de sua paisagem.

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As cheias ocorrem quando a região de planície onde se situa o Pantanal recebe as águas dos planaltos no período de chuvas, localizados a uma altitude mais elevada, que são retidas e escoam lentamente para o rio Paraguai. Durante esse período, interligam-se diversos rios, lagos e riachos. Com a influência dos diversos biomas vizinhos, estabelece-se um importante corredor biogeográfico entre as bacias Amazônica e do Prata, ocorrendo intensa dispersão e troca de espécies da fauna e flora. Quando as águas dos rios baixam, formam-se diversos lagos com peixes aprisionados e intenso crescimento vegetal em suas margens, sendo importantes refúgios de vida para a fauna local e aves migratórias. 69

Fonte: Wikimedia commons

Biologia

Figura 16 - Aspectos da fauna e flora encontradas no Pantanal: à esquerda, tuiuiú, ave símbolo da região; ao centro, vitórias-régias sobre as águas de áreas inundadas; à direita, onça-pintada.

A fauna e a flora são mosaicos dos ecossistemas adjacentes ao Pantanal, porém, podemos destacar como representantes da flora: aroeiras, ipês, angicos, vitórias-régias e figueiras; e como representantes da fauna: o peixe jaú, diversos anfíbios e répteis, como jacaré e sucuri, aves como tucano, garça e o tuiuiú, símbolo do Pantanal, e mamíferos como a onça-pintada e o veado-campeiro. Embora seja um dos ecossistemas mais conservados do Brasil, o Pantanal sofre com a caça e tráfico de animais, além da pesca predatória e ilegal, principalmente no período da piracema, quando os peixes sobem para as cabeceiras dos rios em cardumes para a desova. Ainda existem diversas atividades de pecuária, resultando em desmatamento nas regiões de mata e prejuízo às teias alimentares naturais do Pantanal, comprometendo a alimentação das espécies nativas, uma vez que o gado compete com essas espécies pela vegetação rasteira. Na última década, a atividade turística cresceu muito e melhorou a infraestrutura e aperfeiçoou os serviços, especialmente para o turismo ecológico, rural e de pesca, com importante desenvolvimento para o artesanato. No entanto, paralelos a esse crescimento, surgiram alguns problemas do ponto de vista ecológico devido à falta de políticas sustentáveis, como a venda de iscas coletadas do ambiente natural de forma indiscriminada nas temporadas de pesca.

Mata dos Cocais

Fonte: Wikimedia commons

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A Mata dos Cocais ocorre em menos de 3% da área total do Brasil, em uma região de transição entre o Norte e Nordeste com clima equatorial úmido e semiárido, que abrange os estados de Maranhão, Piauí, Ceará e norte do Tocantins. O clima predominante é o tropical semiúmido, com precipitações entre 1 000 a 1 800 mm anuais e temperaturas oscilando entre 23 °C e 36 °C. Os solos desse bioma são ricos em minérios como: ferro, ouro, bauxita e alumínio. Rios importantes cortam parte da região como o Araguaia e o Tocantins.

Figura 17 - Distribuição aproximada do bioma mata dos cocais no Brasil e aspectos de sua flora, composta principalmente por palmeiras e sua fauna, representada pela araracanga.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

A vegetação característica da Mata dos Cocais são as palmeiras. Do babaçu, se extrai o palmito e amêndoas usados na alimentação, além de óleos para cosméticos e bicombustíveis. Das folhas da endêmica carnaúba, extrai-se a cera, usada como matéria-prima para lubrificantes, perfumes e indústria de plástico. O fruto do buriti é utilizado na confecção de doces e suas folhas para cobrir casas rústicas e produção de artesanato. Como o bioma está localizado em uma área de transição, a mata serve como corredor para a fauna da região, podendo ser encontradas ali araras-vermelhas e jaguatiricas.

coberto por água salgada. Esse solo é pobre em gás oxigênio (O2) e nele ocorre grande atividade bacteriana anaeróbica que libera ácido sulfídrico (H2S), conferindo a esse bioma um cheiro típico. Algumas adaptações dos mangues a essas condições são as raízes escoras, conhecidas como rizóforos, que dão suporte às árvores nesse solo pouco firme e as raízes aéreas, denominadas pneumatóforos, que emergem do solo para nutrir os tecidos de oxigênio. Já o mangue vermelho apresenta expansões no caule principal contendo lenticelas, que são buracos por onde são feitas as trocas gasosas.

A Mata dos Cocais é uma área em recuperação após intensa exploração extrativista vegetal e mineral na época da ditadura militar no Brasil, porém, atualmente, ainda existem impactos provenientes das atividades e ocupações agropecuárias intensivas que ameaçam a sobrevivência do bioma.

A vegetação tem um elevado potencial osmótico em suas células, condição necessária para retirarem água, por osmose, do solo salgado. Para eliminar o excesso de sal, as árvores do manguezal apresentam glândulas em suas folhas, por isso são chamadas plantas halófitas. Para a germinação em ambiente aquático, os mangues apresentam uma importante característica: a viviparidade. As sementes germinam ainda presas à planta-mãe e são liberadas em um estágio de desenvolvimento chamado propágulo. Os propágulos acumulam grande quantidade de reservas nutritivas, o que permite sua sobrevivência até encontrarem local adequado para sua fixação.

Mangues Os mangues são ecossistemas costeiros com formações vegetais ocorrentes nas áreas alagadas pelo encontro das águas doces continentais com as águas do mar em estuários ou fozes de rios. O Brasil possui a maior faixa de extensão de mangue do Planeta, partindo desde o Amapá até Santa Catarina, porém, com maior concentração nos litorais das regiões Norte e Nordeste.

Figura 18 - Mapa da distribuição das formações de mangue no Brasil e aspectos de sua vegetação e fauna: várias fontes alimentares para populações costeiras são retiradas desse importante bioma.

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Fonte: Wikimedia commons

Os solos são arenosos e instáveis, ricos em nutrientes e matéria orgânica e bastante salinos. Existem três principais espécies de mangues: mangue vermelho (Rhizophora mangle), mangue preto (Avicennias chaueriana) e mangue branco (Laguncularia racemosa). Essa baixa diversidade se deve às condições desse ecossistema, pois poucas espécies conseguem sobreviver em ambientes com pouco oxigênio, alta concentração de sal e solo instável. Durante a maré cheia, o solo fica

As regiões dos manguezais são importantes abrigos de várias espécies da flora e fauna aquáticas e terrestres, capazes de evitar processos erosivos costeiros. Diversos moluscos, como o mexilhão sururu, crustáceos, camarões, peixes e caranguejos constituem importante fonte de alimento para populações humanas litorâneas. Atualmente, as áreas de manguezal estão sendo impactadas pela poluição dos recursos hídricos que ali deságuam, e pela atividade de corretagem de terrenos para construção de balneários e condomínios com intensa atividade de aterramento, além das alterações climáticas, que estão elevando os níveis dos mares, bem como sua temperatura e acidez.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (Uerj RJ) Por serem formados por sedimentos bem finos, que se deslocam facilmente, os solos dos mangues são mais instáveis. Árvores encontradas nesse ambiente apresentam adaptações que garantem sua sobrevivência, como o formato diferenciado de suas raízes, ilustrado na imagem.

04. (Enem MEC) Os manguezais são considerados um ecossistema costeiro de transição, pois são terrestres e estão localizados no encontro das águas dos rios com o mar. Estão sujeitos ao regime das marés e são dominados por espécies vegetais típicas, que conseguem se desenvolver nesse ambiente de elevada salinidade. Nos manguezais, é comum observar raízes suporte, que ajudam na sustentação em função do solo lodoso, bem como raízes que crescem verticalmente do solo (geotropismo negativo). Disponível em: http://vivimarc.sites.uol.com.br. Acesso em: 20 fev. 2012 (adaptado).

margahfitopato.blogspot.com.br

O formato diferenciado de raiz desses vegetais contribui para o seguinte processo a) fixação. b) dispersão. c) frutificação. d) desidratação. 02. (UCB DF) As matas de várzeas, que se encontram inundadas em parte do ano, e as matas de igapós, ocorrendo em regiões planas, constituem o bioma a) Cerrado. b) Pantanal. c) Caatinga. d) Pampa. e) Amazônia. 03. (IFPE) Bioma predominante no Nordeste brasileiro, ocupando uma área equivalente a 11% do território nacional. Caracteriza-se por apresentar baixo índice de chuvas, presença de vegetação espinhosa com galhos retorcidos. Na época da seca, os arbustos costumam perder, quase que totalmente, as folhas. Apesar da sua importância, o bioma tem sofrido desmatamento que chega a 46% da sua área, segundo dados do Ministério do Meio Ambiente (MMA). MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Disponível em: <http://www.mma.gov.br/biomas/>. Acesso em: 10 maio 2017.

B17  Biomas brasileiros

De acordo com as características citadas, podemos afirmar que o texto acima descreve o bioma a) Caatinga. b) Manguezais. c) Mata de Cocais. d) Mata de Araucárias. e) Cerrado.

Essas últimas raízes citadas desenvolvem estruturas em sua porção aérea relacionadas à a) flutuação. b) transpiração. c) troca gasosa. d) excreção de sal. e) absorção de nutrientes. 05. (UFRGS RS) Segundo dados do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), as queimadas constatadas em julho de 2016 saltaram de 104 para 864, ano em que as geadas secaram os pastos antes do previsto. O uso do fogo, no manejo de propriedades rurais, gera polêmicas, e técnicos advertem que essa prática, além de ser ilegal, degrada a vegetação e o solo. O IBAMA fiscaliza queimadas principalmente no Centro-Oeste e na Amazônia. Campos ardentes. Correio do Povo. 07 ago. 2016.

A coluna da esquerda, abaixo, lista dois Biomas que ocorrem nessas regiões fiscalizadas; a da direita, características que os distinguem. Associe adequadamente as colunas abaixo. 1. Amazônia 2. Cerrado ( ) Vegetação arbórea esparsa com raízes profundas. ( ) Árvores e arbustos com cascas grossas. ( ) Vegetação arbórea densa disposta em diferentes estratos. ( ) Predomínio de gramíneas recobrindo o solo. ( ) Árvores altas com raízes tabulares. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é a) 2 – 1 – 1 – 2 – 2. b) 1 – 1 – 2 – 1 – 2. c) 1 – 2 – 1 – 1 – 1. d) 2 – 1 – 2 – 1 – 2. e) 2 – 2 – 1 – 2 – 1.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

02. (UEM PR) Sobre os biomas brasileiros, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. Bioma é um ecossistema constituído por comunidades que atingiram a estabilidade e têm aspecto homogêneo e clima semelhante em toda sua extensão territorial. 02. O cerrado é um bioma tipo deserto, predominante no Nordeste brasileiro, com vegetação esparsa, árvores de troncos retorcidos e xeromórficas. 04. O manguezal apresenta solo coberto por água salobra durante o ano todo, rico em epífitas com pneumatóforos e com alta disponibilidade de nutrientes minerais. 08. O pantanal mato-grossense é uma região alagável, de alta biodiversidade, de solo fértil, com árvores e gramíneas nas regiões mais elevadas. 16. As matas de cocais localizam-se em partes do Maranhão e do Piauí, onde predomina o babaçu, uma palmeira. 03. (Unirv GO) O Brasil é considerado um país muito importante no que tange às questões relacionadas à conservação da biodiversidade. No Brasil pode ser encontrada cerca de 13% de toda a biodiversidade do planeta. Diante disso, marque V se verdade e F se falso. V-F-V-F a) No Brasil, diversos biomas podem ser encontrados, tais como: Amazônia, Caatinga, Cerrado e Mata Atlântica. Dentre estes biomas, o Cerrado e a Mata Atlântica são os mais ameaçados de extinção, portanto, são considerados prioridade para conservação. b) Na Amazônia, as populações tradicionais realizam caça e pesca, além de atividades extrativistas. Tais ações representam a principal ameaça à conservação deste bioma.

c) O termo “Caatinga” significa mata branca e este é o nome dado a um bioma exclusivamente brasileiro que pode ser encontrado na região nordeste do país. d) A Mata Atlântica é um bioma altamente ameaçado de extinção, uma vez que o processo de degradação ambiental neste iniciou-se na década de 1950 devido às atividades de agricultura extensiva e pecuária. 04. (Enem MEC) Asa branca Quando olhei a terra ardendo Qual fogueira de São João Eu perguntei a Deus do céu, ai Por que tamanha judiação Que braseiro, que fornalha Nem um pé de plantação Por falta d’água perdi meu gado Morreu de sede meu alazão Até mesmo a asa branca Bateu asas do serão Então eu disse adeus Rosinha Guarda contigo meu coração [...] GONZAGA, L.; TEIXEIRA, H. Disponível em: www.luizluagonzaga.mus.br. Acesso em: 29 set. 2011 (fragmento).

O bioma brasileiro retratado na canção é caracterizado principalmente por a) índices pluviométricos baixos. b) alta taxa de evapotranspiração. c) temperatura de clima temperado. d) vegetação predominantemente epífita. e) migração das aves no período reprodutivo. 05. (IFPE) Ecossistema costeiro, de transição entre os ambientes terrestre e marinho, sujeito ao regime das marés, formado por uma série de vegetais resistentes ao fluxo das marés e, portanto, ao sal. Ocupa quase todo o litoral brasileiro e funciona como um berçário para os recursos pesqueiros, sustentando direta ou indiretamente mais de 1 milhão de pessoas. MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Disponívelem: http://www.mma.gov.br/biodiversidade/biodiversidadeaquatica/zona-costeira-e-marinha. Acesso em 09 de maio2017.

Podemos afirmar que o texto acima se refere ao ecossistema a) Manguezal. b) Mata Atlântica. c) Mata de Cocais. d) Pampa. e) Caatinga.

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01. (Unifor CE) Região fitogeográfica do Brasil, caracterizada por cobertura vegetal de árvores que possuem altitudes que podem variar entre 25 e 50 metros e troncos com 2 metros de espessura. As sementes dessas árvores podem ser ingeridas. Seus galhos envolvem todo o tronco central. Os fatores determinantes para o desenvolvimento dessas plantas são o clima e o relevo, uma vez que ocorrem principalmente em áreas de relevo mais elevado. Essa cobertura vegetal desenvolve-se em regiões nas quais predomina o clima subtropical, que apresenta invernos rigorosos e verões quentes, com índices pluviométricos relativamente elevados e bem distribuídos durante o ano. A região caracterizada é a) Mata Atlântica. b) Caatinga. c) Floresta Amazônica. d) Cerrado. e) Mata de Araucária.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B18

ASSUNTOS ABORDADOS n Teorias evolutivas n Principais teorias evolutivas n As ideias de Darwin – Darwinismo n Teoria sintética da evolução

TEORIAS EVOLUTIVAS Em meados do século XIX, a teoria da evolução é notadamente o ponto central de grande parte das discussões que envolvem as ciências da natureza. Essa teoria fundamenta-se no princípio de que os seres vivos e suas características são produtos da evolução. Charles Darwin (1809-1882), em 1859, publicou o livro A origem das espécies. A obra aborda algumas das principais crenças da época sobre a procedência da enorme diversidade de organismos que habitam nosso Planeta e, incontestavelmente, revolucionou a história da Biologia. Apesar de as ideias de Darwin revolucionarem o evolucionismo - princípio que defende que as espécies atuais surgiram a partir de transformações sofridas por espécies ancestrais - a história da biologia evolutiva remete a tempos pregressos. Ao traçar uma linha do tempo, no século XVI a.C., Anaximandro de Mileto (610- 547 a.C.) tratava sobre a evolução e, de acordo com o filósofo naturalista, os animais teriam surgido a partir do lodo marinho e os seres humanos descendiam dos peixes. Empédocles de Agrigento (484-421 a.C.), no século XV a.C., introduziu o conceito de aleatoriedade evolutiva e sobrevivência do mais apto. Segundo ele, o acaso teria favorecido, a partir de matéria primordial, o surgimento de combinações aleatórias de membros e órgãos, das quais somente algumas tiveram condições de sobreviver, constituindo seres vivos. Todavia, explicar com precisão como surgiram às diversas espécies que habitam e habitaram o planeta Terra é uma tarefa árdua. Inicialmente, mediante explicações místicas e depois religiosas, propunha-se um modelo estático como forma de responder à curiosidade natural dos seres humanos sobre as coisas. Um exemplo desse modelo é o fixismo, teoria filosófica que tinha como finalidade contrapor-se ao evolucionismo ao afirmar que todas as espécies seriam imutáveis, ou seja, as espécies atuais seriam idênticas às do passado- as quais já surgiram adaptadas ao meio em que vivem, permanecendo até hoje com as mesmas características. Ainda quanto a essa teoria, suas primeiras ideias também remetem à Antiguidade Clássica. Platão(428-347 a.C.) estabelecia a noção de que as espécies possuíam uma essência fixa, não podendo uma transformar-se em outra. Mais tarde, o filósofo grego Aristóteles (384 - 322 a.C), fixista e defensor da teoria da geração espontânea, acrescentou que os seres vivos podiam surgir de forma espontânea a partir da matéria inanimada, pensamento que vigorou por muito tempo, até que a controvérsia fosse resolvida por Louis Pasteur (1822-1895), cientista químico francês, que, estimulado por um prêmio oferecido pela Academia de Ciências de Paris em 1860, refutou definitivamente a teoria da geração espontânea ao conseguir provar que os seres vivos originam-se somente a partir de outros seres vivos. Com a chegada da Idade Média, o fixismo foi incorporado ao cristianismo. Surgia, assim, o criacionismo, doutrina que admite que a existência de todas as espécies vivas, tal e qual existem hoje, seja resultado de criação divina. De fato, por muito tempo, acreditou-se que nenhuma espécie jamais se extinguiu, uma crença que se desmoronou a medida que os fósseis começaram a ser descobertos e identificados. Um século ou dois antes de Charles Darwin propor como as variações aleatórias dos indivíduos estão relacionadas à evolução, outros naturalistas chegaram a especular sobre as transformações das espécies. Contudo, nenhum desses cientistas chegou a elaborar uma teoria satisfatória para explicar como e por que as espécies mudam ao longo do tempo.

Tempo

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Fixismo

Evolucionismo

Figura 01 - O Fixismo defendia que os seres vivos uma vez surgidos se mantinham imutáveis ao longo do tempo, enquanto a Evolucionismo admitia que as espécies se alteram de uma forma lenta e progressiva ao longo do tempo, originando outras espécies partindo de um ancestral comum.

Principais teorias evolutivas As ideias de Lamarck: Lamarckismo A mais significativa teoria evolucionista pré-darwiniana foi proposta pelo naturalista francês Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet que, pelo título de cavaleiro de Lamarck, ficou conhecido como Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829). Embora Lamarck seja hoje lembrado por seus equívocos sobre a evolução das espécies, Darwin o considerava um grande naturalista por ser o primeiro cientista a utilizar argumentos sensatos para explicar as adaptações dos organismos aos seus ambientes, bem como as semelhanças observadas entre o registro fóssil e algumas espécies vivas. Lamarck foi o primeiro cientista a explicar o mecanismo de evolução dos seres vivos. A questão foi abordada em seu livro Philosophie Zoologique (Filosofia Zoológica) publicado em 1809, ano de nascimento de Darwin. Em sua obra, que foi mal recebida pela comunidade científica, Lamarck refutava as ideias fixistas e criacionistas predominantes na época, afirmando que os seres vivos mudam ao longo do tempo e transformam-se em outras espécies. Alguns historiadores empregam o termo “transformismo” para descrever as ideias evolucionistas de Lamarck, que podem ser resumidas em dois princípios. O primeiro é a lei do uso e desuso dos órgãos e o segundo é a lei da herança dos caracteres adquiridos. Figura 02 - Desenho de Larmarck.

Lei do uso e desuso

B18  Teorias evolutivas

Lamarck considerava que as espécies que viviam em ambientes diferentes apresentavam necessidades diferentes, utilizando algumas partes do corpo com maior frequência do que outras. Para o naturalista, os hábitos e as circunstâncias da vida de um determinado organismo eram capazes de moldar a forma do seu corpo. As estruturas surgiriam em função da necessidade e, segundo a lei, iriam variar de acordo com a maior ou menor utilização; as partes mais utilizadas tornariam-se maiores e mais fortes, enquanto as menos utilizadas se atrofiariam. Embora a lei do uso e desuso seja aplicável, trata-se de um princípio parcialmente verdadeiro. Sabe-se que, apesar de o ambiente ser capaz de influenciar as característi-

Biologia

cas dos organismos, tais alterações restringem-se a certas estruturas e acontecem dentro dos limites impostos pela genética. Por certo, a massa muscular dos halterofilistas crescem com o treinamento diário, os músculos desenvolvem-se por meio de exercícios e sofrem atrofia com a inatividade. Porém, vale ressaltar que o limite do desempenho é estipulado pelo conjunto de genes do atleta. Desse modo, a lei do uso e desuso não pode ser generalizada. As girafas ancestrais provavelmente nham pescoços curtos. Para alcançar a folhagem das árvores, de que se alimentavam, nham que es car o pescoço.

Pelo fato de es carem sempre o pescoço

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transmissão de caracterís cas adquiridas houva a evolução.

Figura 03 - Representação esquemática de como a lei do uso e desuso de Larmarck operaria sobre os seres vivos. Tendo o Lamarckismo como princípios fundamentais, a lei do uso e do desuso e a herança dos caracteres adquiridos, a morfologia atual do pescoço das girafas poderia explicar-se da maneira representada na ilustração.

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Figura 04 - Características adquiridas não podem ser herdadas. Esse bonsai foi “treinado” por meio de poda para não crescer. No entanto, sementes dessa árvore produzem descedentes de tamanho normal.

Lei da herança dos caracteres adquiridos O segundo princípio das ideias evolucionista de Lamarck discorre sobre a herança dos caracteres adquiridos. Lamarck acreditava que as modificações individuais adquiridas em função da necessidade pudessem ser transmitidas à prole. Em sua demonstração mais famosa, em que argumentava sobre o pescoço das girafas, o cientista defendeu que as girafas tinham a princípio, pescoços curtos e viviam em ambientes em que a vegetação rasteira era escassa. Assim, por imposição do meio, as girafas teriam sido forçadas a esticar o pescoço para alcançar a folhagem no alto das árvores, o que fez com que o pescoço aumentasse, gradativamente, de tamanho (lei do uso e desuso). Essa característica, que seria lentamente transmitida aos descendentes (lei da herança dos caracteres adquiridos), depois de várias gerações de alongamento de pescoço, as girafas se tornariam o que vemos hoje.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

A herança dos caracteres adquiridos, na verdade, não foi inventada por Lamarck. Tal princípio já estava relativamente difundido entre os naturalistas de sua época, quando a genética não havia ainda ensaiado os primeiros passos. Apesar disso, Lamarck foi intensamente criticado por suas manifestações sobre o tema. Hoje sabemos que as alterações provocadas no fenótipo não são transmitidas à descendência pelo uso e desuso, mas sim, pelas modificações no genoma de um organismo.. A transmissão das características se fundamenta na herdabilidade do genoma. Para que uma característica adquirida fosse passada dos pais aos filhos, seria necessário que o material genético portasse essa informação. Portanto, as alterações genéticas acompanhavam as características recém-adquiridas.

SAIBA MAIS QUEM ERA CHARLES DARWIN?!

Ilhas Britânicas

América do norte

Oceano Atlân co Setentorial

Ilhas Galápagos

América do sul

Ásia Índia

África

China Oceano Pacífico Setentorial

Oceano Índico Austrália

Oceano Pacífico Meridional Ilhas Galápagos

Europa

Pinta Marchena Genovesa San ago Bartolomé

Nova Tasmânia Zelândia

Santa Cruz

Fernandina

Isabela São Cristóvão Tortuga Floreana

Espanhola

Charles Robert Darwin (1809-1882) nasceu em uma rica família inglesa. Seu pai era um médico bem-sucedido e seus dois avôs, o médico Erasmus Darwin e o fabricante de porcelana Josiah Wedgewood, eram homens de reputação estabelecida na sociedade da época. Embora tivesse estudado medicina na Universidade de Edimburgo e teologia em Cambridge, Darwin sempre se sentiu atraído pela ciência natural. Em 1831, ao embarcarem uma viagem pela costa da América do Sul e ilhas do Pacífico como naturalista não remunerado no barco de pesquisa da Marinha Real Britânica, o Beagle, Darwin sofreu de enjoos crônicos e passou todo o tempo que pôde em terra firme, coletando espécimes de plantas e animais e fazendo minuciosas anotações. Figura 05 - Darwin e a viagem a bordo do Beagle. A missão do HMS Beagle era mapear os oceanos e coletar informações oceanográficas e biológicas ao redor do mundo. O mapa indica a rota do navio, e o detalhe mostra as Ilhas Galápagos, cujos organismos foram, para Darwin, importante fonte de ideias sobre a seleção natural. À direita, Charles Darwin, logo após o retorno do Beagle para a Inglaterra.

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Ao voltar à Inglaterra em 1836, após aproximadamente quatro anos e nove meses, publicou algumas de suas descobertas. O livro A Naturalist’s Voyage (Viagem de um naturalista) demonstrava sua atenção a detalhes e um estilo literário direto. Darwin começou então a formar conclusões sobre o que causaria as variações existentes entre os membros de uma população sexualmente reproduzida, com o auxílio da leitura de obra na Essayon the Principle of Population (Ensaio sobre o Princípio da População, de 1798), do economista britânico Thomas Malthus (1766-1834). Segundo Malthus, o crescimento populacional sempre ultrapassava o suprimento de alimentos; e a fome, doenças ou guerras mantinham a população sob controle. Neste contexto, Darwin percebeu que outros seres vivos também deveriam sofrer esse tipo de pressão e teorizou que, devido a variações aleatórias, alguns animais eram mais capazes de sobreviver e se reproduzir do que outros, apesar do estresse ambiental. Esses animais transmitiam traços que favoreciam sua sobrevivência e isso levava ao surgimento de novas espécies. Em 1858, Darwin recebeu um ensaio de um naturalista do País de Gales, Alfred Wallace (1823-1913), que apresentava basicamente a mesma teoria da evolução a que ele havia chegado. Naquele ano, ambos publicaram um trabalho em conjunto sobre o assunto. No ano seguinte, Darwin publicou a sua mais conhecida obra, A Origem das Espécies (1859), que esgotou em um único dia os 1250 exemplares da Edição inicial. Nenhum livro científico havia provocado tanto furor ou sido tão debatido antes. Já na obra A Origem do Homem (1871), Darwin deu o passo que Wallace não quisera dar, propondo que os seres humanos tinham evoluído a partir de uma forma primitiva e subumana.

As ideias de Darwin – Darwinismo Influenciado pelas observações realizadas durante a sua viagem a bordo do Beagle, Charles Darwin propôs uma teoria inédita para explicar como surgiam as novas espécies. O naturalista percebeu que, dentro de uma mesma espécie, os organismos apresentavam diferentes características (variabilidade intraespecífica) e, inspirado pelo ensaio do economista Thomas Malthus sobre populações, supôs que essas disparidades 77

Biologia

pudessem resultar em diferentes chances de sobrevivência e reprodução para cada indivíduo. Com isso, percebeu a importância da ação do meio na luta pela sobrevivência dos seres vivos que disputavam alimentos e outros recursos por terem o seu crescimento populacional limitado pelo ambiente. Desse modo, as espécies que possuíam as formas mais aptas de sobrevivência conseguiriam deixar uma progênie maior, enquanto as formas menos aptas seriam gradualmente eliminadas. Estava arquitetada, assim, a base para o conceito de seleção natural.

Progressão geométrica

Progressão aritmé ca

Figura 06 - Gráfico de crescimento populacional e da produção de alimentos. Segundo Thomas Malthus, a população humana cresceria em progressão geométrica (curva azul), enquanto a produção de alimentos cresceria em progressão aritmética (curva vermelha). Assim, chegar-se-ia um tempo em que a escassez de alimentos limitaria o crescimento populacional.

A teoria da seleção natural é o ponto central da biologia evolutiva. No processo de seleção,alguns indivíduos sobrevivem melhor do que outros em certas condições e deixam mais descendentes, tornando-se mais comuns com o passar do tempo. Note que, de acordo com Darwin, o ambiente “seleciona” os organismos mais bem adaptados às condições em que se encontram, enquanto, para Lamarck, o ambiente “transformava” os indivíduos (que passavam adiante as modificações adquiridas).

Os princípios evolucionistas defendidos por Darwin em A origem das espécies deixam claro que não são os indivíduos que evoluem, mas sim as populações. Para Darwin, a existência de fósseis sugeria que diferentes seres vivos haviam habitado nosso Planeta no passado e que, devido à acumulação gradual de adaptações a diferentes ambientes, uma espécie ancestral poderia originar novas espécies. Portanto, um forte componente de “parentesco” entrelaça espécies atuais e os seus respectivos ancestrais comuns. Um dos clássicos exemplos de seleção natural mencionado pelo naturalista é o do diversificado grupo de tentilhões encontrados no arquipélago de Galápagos. As 14 espécies desses pássaros fringilídeos originaram-se a partir de uma única espécie que, ao acaso, chegou às ilhas vindos de outros locais. As diferentes condições ambientais impostas pelas ilhas teriam gradualmente selecionado os indivíduos mais bem adaptados ao conjunto específico de fatores ambientais de cada localidade, resultando, em longo prazo, nas novas espécies.

c) Dieta de sementes. O tendilhão grande de Galápagos (Geospiza magnirostris) possui bico grande adaptado para quebrar sementes que caem das plantas

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a) Dieta de cactos. O Bico longo e afiado do tendilhão dos cactos (Geospiza scandens) ajuda a ave a rasgar e comer as flores e a polpa dos cactos

b) Dieta de insetos. O tendilhão canoro (Certhidea olivacea) u liza o seu bico pontudo para se alimentar de insetos.

Figura 07 - Variação no bico dos tentilhões de Galápagos. O arquipélago abriga quatorze espécies de tentilhões relacionadas entre si, presentes, às vezes, em apenas uma ilha. As diferenças mais marcantes entre eles são os bicos adaptados a dietas específicas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Ao contrário do que o senso comum nos leva a crer, o processo evolutivo não opera, necessariamente, rumo a um aumento de complexidade. Trata-se de um processo cujo acaso desempenha um papel central. A história da vida na Terra mostra que mudanças nas condições ambientais podem reduzir a capacidade adaptativa de um organismo antes considerado apto, e pode ser que novos indivíduos se tornem os mais adaptados, modificando, com o passar das gerações, o curso evolutivo da espécie. As variantes que sobrevivem possuem simplesmente uma vantagem seletiva sobre as que não sobrevivem, o que não significa que são mais complexas. Em relação ao exemplo referente ao tamanho do pescoço das girafas proposto por Lamarck, Darwin sugeriu que as de pescoço longo apresentavam maior possibilidade de sobrevivência e de deixar descendentes em detrimento às de pescoço curto, uma vez que disputavam as folhagens na copa das árvores. B. Lamarckismo

C. Criacionismo

Tempo

A. Darwinismo

Diversidade Feno pica

Figura 08 - A imagem “A” sugere a ampliação da biodiversidade, ao longo do tempo, a evolução a partir de ancestral comum sugerindo “laços de parentesco” entre as espécies. A imagem “B” sugere que as espécies se modificam e nem todas se originaram ao mesmo tempo. A imagem “C” sugere a imutabilidade das espécies e o aparecimento simultâneo de todas elas (negação da evolução).

SAIBA MAIS QUEM ERA CHARLES DARWIN?!

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Quando em 1831, o naturalista Charles Darwin, com apenas 22 anos, subiu a bordo do navio britânico H.M.S Beagle para a jornada que mudaria profundamente a história da ciência,sob o comando do capitão Robert Fitz-Roy, o H.M.S Beagle (H.M.S = Her Majesty Ship – navio da Sua Majestade, título que antecedia o nome dos navios britânicos) deixou a Inglaterra em 27 de dezembro de 1831 com a missão de explorar e mapear trechos pouco conhecidos da costa da América do Sul e, por último, realizar um conjunto de toFigura 10 - Caricatura de Charles Darwin. madas cronométricas ao redor do mundo. Considerada a grande aventura de sua vida, Darwin conheceu terras, povos, faunas e floras. Entremeadas de duras fases de trabalho, doenças e risco de morte (O Beagle quase naufragou num violento Figura 09 - Caricatura de Charles temporal em Cabo Horn). Tudo era novidade e emoção para o cientista. Darwin remetendo à crença de que ele defendia que os homens vieram dos As inúmeras observações da natureza, especialmente, nas Ilhas Galápagos, no Pacífico, bem como os trabalhos de Malthus sobre crescimento populacional, acenderam a curiosidade de Darwin sobre os macacos. possíveis mecanismos da evolução e da origem das espécies. Após a publicação do clássico livro A Origem das Espécies em 1859, Charles Darwin experimentou fortes oponentes, tanto na comunidade científica, quanto na religiosa. As igrejas se sentiam afrontadas, pois as ideias de Darwin, a princípio, contrariavam a criação divina. Para a maioria dos leigos da época, e até dos dias atuais, Darwin é o cientista que formulou a teoria segundo a qual “o homem descende do macaco.” Nada mais falso. A incompreensão do grande público e a coragem de enfrentar muitos dogmas e as ideias fixistas de toda uma época trouxeram a Darwin muitos problemas com a Igreja. Além de ter sofrido contrariedades, como o afastamento de amigos e a constante ridicularização de sua imagem. Sua teoria passou a ser totalmente aceita pelo meio científico apenas no século XX, depois das descobertas de Johann Gregor Mendel (1822 -1884) sobre os mecanismos da hereditariedade. 79

Biologia

Seleção sexual A seleção sexual constitui um caso particular de seleção natural. Como Darwin bem sabia, os machos de algumas espécies apresentam caracteres que aparentemente reduzem a sua chance de sobrevivência. Mas, sabendo que a seleção natural tende a fixar as características que agregam valor adaptativo, e não o contrário, por que caracteres sexuais aparentemente prejudiciais seriam mantidos? A seleção sexual foi a explicação de Darwin. Atributos como cores chamativas, caudas longas, chifres, cornos e outras estruturas extravagantemente desenvolvidas e observadas em diversas espécies, proporcionam aos seus portadores vantagem reprodutivas, tornando-os mais aptos a competir pelo acesso ao parceiro sexual a fim de garantir a sua perpetuação. Tomemos como exemplo o Pavão. Durante a seleção sexual, as fêmeas preferem machos com caudas maiores e mais brilhantes. Porém, essa desvantagem nunca foi comprovada. O que se imagina é que a cauda exuberante exibida pelos machos reduza a mobilidade e capacidade de voar, além de aumentar o seu custo de manutenção energética. É evidente que o animal necessita sobreviver para reproduzir, mas se ele sobrevive e, por meio da seleção sexual e não tem sucesso reprodutivo. O mesmo não contribui para a próxima geração. Sendo assim, a vantagem reprodutiva proporcionada pela cauda longa compensaria a redução das chances de sobrevivência.

Figura 11 - Seleção sexual. Os pavões machos disputam entre si o acesso às fêmeas que, por sua vez, escolhem os machos com caudas mais exuberantes.

Seleção artificial Darwin, já em A Origem das Espécies tratou sobre a seleção artificial que, por atender os interesses humanos, não opera necessariamente no sentido de agregar valor adaptativo à espécie.

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Ao longo da história da humanidade, os seres humanos têm interferido no curso natural de outras espécies por meio de cruzamentos entre organismos com características desejadas. Graças à seleção artificial, foram obtidas raças bovinas que produzem mais carne ou leite, cultivares de melhor qualidade, além das várias raças de cães, gatos e outros animais domésticos. Quando vemos as variedades hereditárias ou raças de animais domésticos e plantas cultivadas, constatamos poucas semelhanças com seus ancestrais selvagens. Isso ocorre porque nós temos influenciado essas mudanças e, por isso, seria um erro considerar a seleção artificial como irrelevante para a biologia evolutiva. 80

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Broto terminal

Broto lateral

Repolho

Couve-de-bruxelas Inflorescência

Folhas

Couve

Couve-flor Caule

Mostarda selvagem Flores e caule Brócolis

Couve-rábano

Figura 12 - Exemplo de seleção artificial. Os vegetais representados na figura acima foram selecionados a partir de uma espécie selvagem de mostarda do campo. Com cruzamentos entre indivíduos com as características desejadas para as diferentes partes da planta, é possível obter resultados diferentes.

Teoria sintética da evolução A teoria sintética da evolução é o resultado da conciliação das ideias sobre seleção natural com os fatos da Genética. Também considerada por alguns estudiosos como síntese evolutiva moderna (neodarwinismo), o conceito de evolução como forma de descendência a partir de um ancestral comum foi facilmente aceito pela comunidade científica. Todavia, tal aceitação não acorreu com a seleção natural. Embora a hesitação fosse compreensível, a teoria de Darwin carecia de um mecanismo de herança consistente e que explicasse como surgiam as variações entre os indivíduos de uma mesma espécie. Assim, foram necessários quase trinta anos para que os trabalhos de Mendel sobre a natureza do material genético fossem redescobertos, e seus resultados aplicados à biologia evolutiva. Como dito, a síntese moderna ou neodarwinismo, como ficaram conhecidos os princípios da teoria sintética da evolução, surgiram como resultado da fusão das ideias evolucionistas de Darwin, basicamente, no princípio da seleção natural e nos novos conhecimentos da genética sobre a origem da variabilidade entre membros da mesma espécie. Após um conjunto do trabalho independente de vários pesquisadores que, agora dispondo do kit de ferramentas oferecidos pelos trabalhos de Mendel, reavaliaram a seleção natural integrando-a as contribuições advindas da genética. Trata-se aqui da compreensão dos mecanismos que explicam a variabilidade genética dos indivíduos, bem como das alterações nas frequências dos genes na população com o passar do tempo.

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Darwin observou a variabilidade genética dentro de membros da mesma população, porém, não sabia explicar a origem dessas variações. Hoje, sabemos que as mutações constituem matéria prima para gerar variabilidade genética. Elas são responsáveis pelo aparecimento de novos genes por meio modificações (mutações) na sequência de nucleotídeos do DNA. Além disso, os genes paternos e maternos podem se misturar de diversas maneiras gerando uma combinação inédita no descendente. É a recombinação gênica, comuns no processo de reprodução sexuada, que também, junto com as mutações, gera a variabilidade intraespecífica, que Darwin abordou em sua teoria.

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (UEL PR) Leia a tirinha e o texto a seguir.

Disponível em: <www.umsabadoqualquer.com/category/darwin/>. Acesso em: 27 jun. 2014.

Antes do século XVIII, as especulações sobre a origem das espécies baseavam-se em mitologia e superstições e não em algo semelhante a uma teoria científica testável. Os mitos de criação postulavam que o mundo permanecera constante após sua criação. No entanto, algumas pessoas propuseram a ideia de que a natureza tinha uma longa história de mudanças constantes e irreversíveis.

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(Adaptado de: HICKMAN, C. P.; ROBERTS, L.; LARSON, A. Princípios Integrados de Zoologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001. p.99.)

De acordo com a ilustração, o texto e os conhecimentos sobre as teorias de fatores evolutivos, assinale a alternativa correta. a) A variabilidade genética que surge em cada geração sofre a seleção natural, conferindo maior adaptação à espécie. b) A variabilidade genética é decorrente das mutações cromossômicas e independe das recombinações cromossômicas. c) A adaptação altera a frequência alélica da mutação, resultando na seleção natural em uma população. d) A adaptação é decorrente de um processo de flutuação na frequência alélica ao acaso de uma geração para as seguintes. e) A adaptação é o resultado da capacidade de os indivíduos de uma mesma população possuírem as mesmas características para deixar descendentes. 02. (UFPR) Um grupo de roedores é separado pelo surgimento de um rio. Ao longo do tempo, os roedores ao norte do rio tor82

nam-se brancos, enquanto os roedores ao sul do rio tornam-se castanhos. Nesse caso, é correto afirmar que a seleção natural a) gera mutações específicas para os ambientes ao norte e ao sul do rio. b) promove a competição entre roedores brancos e castanhos. c) aumenta a probabilidade de sobrevivência apenas dos roedores brancos. d) promove a cooperação entre roedores brancos e castanhos. e) favorece diferentes fenótipos ao norte e ao sul do rio. 03. (UFGD ) Há mais de dois mil anos, os filósofos gregos, baseados no grande número de semelhanças entre os seres vivos, consideravam a possibilidade de haver um ancestral comum entre eles. Porém, apesar das evidências, essas ideias não foram consideradas corretas até cerca de duzentos anos atrás. Durante todo esse tempo, predominou a ideia de que todos os seres vivos surgiram, por criação, a um só tempo e sem nenhum grau de parentesco. Pode-se afirmar que a) a teoria evolucionista de Lamarck, em 1809, defendia a ideia de que as condições ambientais levam os seres vivos a desenvolver os órgãos e as estruturas mais solicitados e a atrofiar aqueles que têm pouco ou nenhum uso. b) a teoria evolucionista de Darwin afirma que indivíduos de espécies diferentes, podem apresentar semelhanças que poderiam ser responsáveis pela sobrevivência ou não do indivíduo, dependendo também, das exigências ambientais. c) Darwin conseguiu provar de que forma as novas características surgiam e eram transmitidas às gerações seguintes, através de testes experimentais sobre seleção natural. d) após as contribuições de Darwin, Hugo De Vries conseguiu encontrar a peça que faltava no quebra-cabeças da evolução. Ao estudar a espécie Oenothera lamarckiana, notou que num mesmo local, lado a lado, cresciam normalmente dois tipos idênticos da mesma planta. e) o processo evolutivo é muito rápido, constante em vários milhões de anos. Só esse fato se torna impossível a presença do ser humano em todos os seus momentos. 04. (UECE) Charles Darwin (1809-1882) e Gregor Mendel (1822– 1884) viveram na mesma época, mas não se conheceram. No entanto, a compreensão atual da evolução deriva das teorias propostas por esses importantes pesquisadores. Sobre a teoria elementar da evolução, é correto afirmar que a) o surgimento de novas espécies, denominado especiação, ocorreu em um período e a partir de espécies ancestrais. b) para explicar a evolução, Charles Darwin utilizou fenômenos e processos subjetivos: por isso a evolução é considerada uma teoria. c) os conhecimentos sobre mutações e recombinação gênica, sem influência da seleção natural, podem explicar a evolução. d) características hereditárias que influenciam a capacidade de sobrevivência e reprodução promovem variação na espécie.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares

02. (IFPE) A jararaca-ilhoa é uma cobra encontrada exclusivamente na Ilha da Queimada Grande (30 quilômetros da costa sul de São Paulo), é diurna e sobe nas árvores para caçar aves, diferenciando-se das serpentes encontradas no continente. Seu veneno é cinco vezes mais letal em pássaros do que o da jararaca-comum, sua parenta mais próxima. PASCHOAL, Fabio. O surgimento de uma nova espécie: o caso da jararaca-ilhoa. Disponível em: <http://viajeaqui.abril.com.br/national-geographic/blog/curiosidade-animal/jararaca-ilhoa/> Acesso: 03 out. 2016.

01. Darwin errou ao descrever que os indivíduos de uma população diferem quanto a diversas características, inclusive aquelas que influem na capacidade de explorar com sucesso os recursos naturais e de deixar descendentes. Atualmente, é conhecido que todos os indivíduos das populações biológicas têm a mesma chance de sobrevivência e reprodução. 02. A teoria da herança por mistura, teoria de herança genética aceita na época, apresentava forte argumento contra o chamado Darwinismo. De acordo com a teoria da herança por mistura, uma nova característica, mesmo vantajosa, tenderia a se misturar com a característica antiga ao longo das gerações. 04. Os principais argumentos contra a teoria da seleção natural de Darwin era o pleno conhecimento da comunidade científica da época das leis de Mendel, da mutação e da recombinação genética. 08. O principal problema das propostas de Darwin era a falta de teorias que explicassem a origem e a transmissão das variações para dar um embasamento à teoria da seleção natural. 16. Em sua teoria, Darwin afirmou que a seleção natural é um processo aleatório, sem o favorecimento de uma variante fenotípica. Darwin também descreveu em sua teoria que a variabilidade genética de uma população é resultado dos processos de mutação e recombinação.

Segundo a teoria de Darwin, um veneno cinco vezes mais letal para aves foi uma característica a) adquirida por essas cobras em sua luta pela sobrevivência, que as tornou diferentes de seus ancestrais, surgindo assim uma nova espécie. b) selecionada pelo ambiente, que tornou essas cobras tão diferentes de seus ancestrais que podem ser classificadas como uma nova espécie. c) originada por mutação e recombinação genética, diferenciando-as de seus ancestrais, o que possibilitou que elas sejam classificadas como uma nova espécie. d) desenvolvida por essas cobras pelo esforço contínuo durante a caça às aves, o que faz essas cobras passarem a ser classificadas como uma nova espécie. e) existente nessas cobras, que se originaram a partir da matéria presente nos galhos das árvores, fato que indica o surgimento de uma nova espécie.

04. (FATEC SP) Considere que o desastre ambiental ocorrido em Mariana (MG), em 2015, tenha dividido uma população A de lagartixas em duas populações B e C, isolando-as reprodutivamente durante várias de suas gerações, conforme a figura.

03. (UEPG PR) Darwin, em sua teoria, considerou a existência de um parentesco generalizado entre as espécies, fato que obteve pouca aceitação em sua época. Para ele, as espécies estavam relacionadas evolutivamente, ou seja, compartilhavam um ancestral em algum ponto da sua história evolutiva. Assinale o que for correto em relação à teoria da seleção natural, os maiores problemas enfrentados por Darwin em sua época, ou fatos que não soube explicar.

De acordo com a Teoria Sintética da Evolução, as populações a) B e C constituirão uma mesma espécie. b) B e C serão extintas, sem deixar descendentes. c) B acasalará com C, formando uma única nova espécie. d) B e C constituirão duas novas espécies, desde que o fluxo gênico presente em A permaneça interrompido. e) B e C continuarão sendo da mesma espécie de A, mantendo o fenótipo que tinham antes do desastre. 83

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01. (PUC-CampinasSP) A seleção natural é um conceito central para a teoria da evolução das espécies, proposta por Charles Darwin. Considere os seguintes exemplos: I. Na prole de uma linhagem pura de moscas de olhos vermelhos encontra-se um indivíduo com olhos brancos. II. Pássaros com bicos diferentes que consomem diferentes estruturas das plantas. III. Insetos camuflados no ambiente. A seleção natural explica o que está exemplificado em a) I, apenas. b) I e II, apenas. c) I e III, apenas. d) I, II e III. e) II e III, apenas.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B19

ASSUNTOS ABORDADOS n Evidências da Evolução e Fatores

Evolutivos

n Evidências da evolução n Fatores evolutivos

EVIDÊNCIAS DA EVOLUÇÃO E FATORES EVOLUTIVOS Compreender as principais evidências do processo evolutivo é fundamental para que possamos compreender a hipótese apresentada por Charles Darwin (1809-1882) de que as espécies atuais possuem um ancestral comum embasado no princípio da descendência com modificação. A partir da segunda metade do século XIX, quando as ideias evolucionistas ganharam destaque no cenário científico e desaprovação no meio clerical, já na obra A origem das espécies, Darwin discorre sobre as evidências disponíveis na época para defender o seu ponto de vista. Para estudar a história da vida na Terra, os evolucionistas lançam mão de diversos dados que fornecem embasamento científico para teoria evolutiva, tais informações são tratadas a seguir.

Evidências da evolução Registro fóssil Há aproximadamente 3,8 bilhões de anos, a vida surgiu em nosso Planeta. Desde então, restos de animais e vegetais ficaram preservados em condições especiais nas rochas. Esses vestígios, denominados fósseis (do latim:“fossilis” = extraído da terra), constituem o objeto de estudo da paleontologia (do grego; “palaios” = antigo, “ontos” = ser e “logia” = estudo). Partindo da premissa de que os fósseis são registros arqueológicos que evidenciam as atividade sdo passado geológico através dos restos de um antigo organismo vivo, a paleontologia contribui com dados que possibilitaram o estudo da história evolutiva das espécies, inclusive das já extintas.

SAIBA MAIS

Fonte: Wikimedia commons

Figura 01 - Ilustração demonstrando o processo de fossilização de um ser vivo.

COMO SÃO FORMADOS OS FÓSSEIS? Os fósseis são formados por restos ou marcas de organismos que ficam preservados da decomposição e da ação de agentes naturais como o vento, insolação e chuva. Frequentemente, a fossilização ocorre após um soterramento de animal ou planta sob sedimentos. Nesse processo, pode ocorrer o preenchimento dos poros do corpo por minerais– permineralização, ou ainda, a substituição lenta da matéria orgânica desse corpo por minerais.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

0 2 4

Profundidade (metros)

Bristolia insolens

Bristolia bristolensis

Bristolia harringtoni

Bristolia mohavensis

10 12 14 16 18

Sí o arqueológico de Latham Shale, cidade de San Bernardino, Califórnia

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Figura 02 - Evidência fóssil de evolução em um grupo de trilobitas. Esses fósseis são apenas amostras de uma série de descobertas fósseis no sítio paleontológico de LathamShale. Eles datam de um período entre 513 e 512 milhões de anos atrás. A sequência mostra a mudança, ao longo do tempo, da localização e do ângulo dos espinhos no escudo da cabeça dos animais (ver pontos marcados em vermelho).

Os fósseis possuem uma idade relativa que pode ser estimada pela idade do solo em que ele se encontra. De modo geral, quanto mais rasa for a camada do terreno, mais recente será o vestígio que nele poderá ser descoberto e, quanto mais profunda a camada estudada, mais antigo o fóssil será. Por consequência, como encontramos fósseis de mamíferos somente em camadas mais superficiais do solo, enquanto que peixes fossilizados estão presentes em camadas mais basais, é sensato supor que a existência dos peixes precede o aparecimento dos primeiros mamíferos. O registro fóssil permite inferir uma linhagem de derivação, ou seja, a sequência cronológica do surgimento das espécies, fornecendo pistas da evolução da vida ao longo destes 3,8 bilhões de anos. 85

Biologia

Para determinar a idade absoluta de um fóssil, podem ser utilizadas técnicas radiométricas de datação, com base na diminuição das emissões radioativas de isótopos específicos. Essas diferentes formas atômicas de determinados elementos (acumulados no organismo enquanto ele ainda estava vivo) emitem espontaneamente partículas e energia, transformando-se em um átomo de elemento químico diferente do original. A taxa de diminuição de radioatividade é calculada pela meia vida, tempo necessário para que o isótopo tenha a sua capacidade radioativa reduzida à metade. É importante ressaltar que o tempo gasto nessas transformações não é influenciado pela temperatura, pressão ou outras variáveis ambientais, funcionando como um relógio preciso.

Átomos novos gerados 1/2 1/4

Átomos ancestrais

1/8 1

Em cada meia-vida, 1/2 dos átomos originais decaem e geram novos átomos

1/16 etc 4

Tempo (meias-vidas) A fração de átomos originais na amostra revela quantas meia-vidas já se passaram

Figura 03 - Os isótopos radioativos nos permitem datar rochas antigas. O decaimento dos átomos radioativos originais em novos isótopos estáveis ocorre a uma taxa constante, chamada meia vida. Diferentes radioisótopos possuem meias-vidas diferentes, mas específicas, o que permite medir quanto tempo se passou desde a deposição da rocha que contém aquele isótopo.

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Por meio da determinação do isótopo radioativo presente no material analisado (e da sua meia-vida), é possível descobrir a idade de um fóssil. O isótopo empregado nos cálculos da datação dos fósseis muda de acordo com a sua constituição. O urânio, por exemplo, é comumente utilizado quando se deseja descobrir a idade de rochas e o carbono-14 é utilizado em fósseis orgânicos, como os vestígios deixados por animais e plantas. Como a meia-vida do Carbono-14 é relativamente curta, a datação por esse isótopo só serve para fósseis com menos de 50 mil anos. Sendo assim, não é possível datar com Carbono-14 os fósseis dos primeiros vertebrados (ostracodermo), visto que eles viveram, aproximadamente, há 500 milhões de anos. Posto isso, para datar fósseis mais antigos, é utilizado isótopos com meia-vida mais longa como o potássio e o urânio.

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Meia-vida de alguns radioisótopos Radioisótopo

Meia-vida

Fósforo-32 (32P)

14,3 dias

Trítio (3H)

12,3 anos

Carbono-14 ( C)

5.700 anos

Potássio-40 (40K)

1,3 bilhão de anos

Urânio-238 (238U)

4,5 bilhões de anos

Fonte: Sadava, D.et al. Vida – A Ciência da Biologia. 8. ed. Porto Alegre: Artmed, 2009. p.466.

O estudo dos registros fósseis permite inferir o habitat da espécie de interesse, suas condições de vida, seu tamanho e peso aproximado, além de possibilitar o estabelecimento de suas relações evolutivas com espécies já extintas e atuais. Alguns fósseis apresentam características intermediárias entre dois grupos filogenéticos. Esses fósseis são notáveis, pois indicam parentesco entre grupos que compartilham um ancestral recente. Os fósseis de peixes é um caso que apresenta nadadeiras lobadas e pulmões, revelando o parentesco entre peixes e anfíbios, por exemplo. Os registros fósseis com caracteres intermediários, por sua vez, mostram que as espécies não permaneceram inalteradas ao longo do tempo e não foram sempre as mesmas que temos atualmente. A existência dos fósseis, por si só, revela a existência de mudanças nos organismos vivos. Dessa forma, o registro fóssil, funciona como evidência científica da transformação de espécies, oferecendo suporte para o questionamento de teorias que defendem a origem individual de cada espécie e a permanência de sua forma desde então (fixismo). Anatomia comparada A anatomia comparada refere-se ao estudo comparativo das estruturas corporais de espécies diferentes, depois de completado o seu desenvolvimento. Em outras palavras, trata-se do método e objetivo sucessor natural da embriologia comparada. Ao estudar a anatomia dos animais, é possível perceber semelhanças morfológicas entre os diferentes grupos. Essas semelhanças podem, muitas vezes, revelar parentesco entre os indivíduos.

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Para fins de comparação entre os órgãos e sistemas que constituem a estrutura corporal dos grupos animais, principalmente dos vertebrados, assim como os diferentes modos de vida encontrados no decorrer de sua longa e acidentada história evolutiva, evidencia-seque esses animais descendem de um ancestral comum. Atualmente, nos animais carnívoros e herbívoros, por exemplo, notamos que através do apêndice presente na estrutura corporal desses grupos, existe entre eles um ancestral comum. Evidências indicam que a dieta desses animais devia ser baseada no consumo de vegetais ricos em celulose. Nos herbívoros, o apêndice sobre o qual vivem microrganismos que atuam na digestão dessa substância, desenvolve uma função importante para sua digestão, enquanto que no apêndice cecal do intestino humano, também conhecido como órgão vestigial, demonstra que essa pequena projeção do ceco (região do intestino grosso) não desempenha nenhuma função importante no homem e nos animais carnívoros, visto que para estes a substância é indigesta. Portanto, dados como esses, para o estudo da anatomia comparada, são fundamentais para entender a história evolutiva das espécies.

Biologia

Embriologia comparada A comparação de estágios iniciais do desenvolvimento embrionário de diversos animais mostra semelhanças (não visíveis nos organismos adultos) que indicam parentesco evolutivo. Os embriões dos vertebrados, por exemplo, exibem os mesmos padrões básicos de desenvolvimento. Em algum estágio, é possível perceber, em todos os vertebrados como peixes, anfíbios, répteis e mamíferos, a presença de uma cauda pós-anal (localizada posteriormente ao ânus) e de fendas faríngeas (localizada na região de onde será a garganta). Essas semelhanças anatômicas constituem forte evidência de que eles descendem de um mesmo ancestral.

Estágio ágio I

Estágio ágio II

gio III Estágio

Peixe

Tartaruga

Galinha

Porco

Vaca

hu h huma um no Ser humano

Esquema compara vo dos diferentes embriões de vertebrados B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Figura 04 - Semelhanças anatômicas observadas no desenvolvimento embrionário dos vertebrados sugerem parentesco evolutivo. O estudo comparativo dos embriões recupera a filogenia: os embriões, ao longo das fases de desenvolvimento embrionário, recontam a história evolutiva dos grupos ancestrais, é como um filme visto do final para o início.

Convergência adaptativa A convergência adaptativa trata da mudança evolutiva em duas ou mais linhagens de organismos de parentesco distante que, devido à submissão a mesma pressão ambiental, feições que anteriormente não se pareciam, tornam-se semelhantes. Vamos tomar o exemplo das nadadeiras de peixes (como o tubarão) e de mamíferos (como os golfinhos e baleias) que, apesar de pertencerem a diferentes grupos de organismos, apresentam estruturas adaptadas e modos de vida semelhantes. As nadadeiras desses organismos possuem anatomia interna e origem embrionária totalmente distinta e, ainda assim, representam adaptações similares ao modo de vida aquático, constituindo órgãos análogos. 88

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O ambiente aquático selecionou, nos dois animais, a mesma característica, pois era uma característica com valor adaptativo para o mesmo meio ao qual tubarão e golfinho estavam submetidos- o mar. Asas de insetos e aves constituem outro exemplo de estruturas análogas. Nesse caso, a função também é a mesma - permitir o voo, mas a anatomia interna e origem embrionária são diferentes, constituindo mais um exemplo de convergência adaptativa.

Sapo (an bio)

Jacaré (rép l)

Hipopótamo (mamífero)

Golfinho (mamífero)

Ic ossauro (rép l fóssil)

Tubarão (peixe) Figura 05 - Estes organismos, por viverem num mesmo tipo de ambiente e estarem adaptados ao mesmo, possuem estruturas que apresentam a mesma função que são chamadas órgãos análogos, como, por exemplo: a forma do corpo do golfinho, icitiossauro e tubarão; e o formato do crânio do sapo, jacaré e hipopótamo que permite que esses animais quando sobem para respirar, podem colocar apenas as narinas, olhos e orelhas para fora.

Irradiação adaptativa Como vimos, a adaptação é o processo evolutivo em que as populações se ajustam a um modo de vida em um determinado ambiente, ou permanecem ajustadas enquanto o ambiente muda gradualmente. A história da vida na Terra mostra que, em diversos momentos, a partir de um ancestral inicial, pequenos grupos promoveram a conquista de novos ambientes, sofrendo adaptações para que pudessem sobreviver nesses locais. Ambientes diferentes selecionam características diferentes nas suas respectivas populações e os grupos começam a se distanciar, no seu aspecto anatômico e fisiológico, do aspecto do grupo original.

Úmero

Rádio Ulna Carpos Metacarpos Falanges Humano

Gato

Baleia

Morcego

Figura 06 - Membros anteriores de mamíferos: estruturas homólogas. Mesmo adaptados a diferentes funções, os membros anteriores de todos os mamíferos são constituídos pelos mesmos elementos básicos do esqueleto: um osso grande (roxo), conectado a dois ossos menores (laranja e bege), ligado a vários ossos pequenos (amarelo), então conectados a vários metacarpos (verde), e a aproximadamente cinco dígitos ou falanges (azul).

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

As semelhanças entre diferentes organismos fornecem evidências do processo evolutivo. Por exemplo, a estrutura óssea dos membros anteriores de mamíferos apresenta semelhanças. Denominam-se órgãos homólogos aqueles que, mesmo adaptados a diferentes funções, apresentam mesma origem embrionária e semelhanças anatômicas. Esse projeto básico de esqueleto observado no braço humano, patas dianteiras, nadadeiras e asas de diferentes mamíferos, com diferentes modos de vida, revela a ocorrência do processo de irradiação adaptativa, mas, evidencia também um ancestral comum a todos esses animais. Tudo que é remetido a um parentesco (filogenia) é uma prova documental da evolução, já que o fixismo não admite “laços” de parentesco entre as espécies.

Biologia

SAIBA MAIS BIOLOGIA MOLECULAR E FILOGENIA A biologia molecular, hoje, também é uma ferramenta para a nova sistemática- a sistemática cladística. Essa proposta de classificação dos seres vivos baseada fortemente nos laços de parentesco evolutivo (filogenia) tem questionado a classificação mais antiga e tradicional que não possuía informações moleculares incontestáveis reveladoras de parentesco. Por exemplo, na situação atual em que a biologia molecular atesta um grau de parentesco extraordinário entre répteis, crocodilianos e aves, propõe-se um reposicionamento sistemático desses dois grupos de animais em um mesmo clado. Essa nova ideia se contrapõe às antigas classificações nas quais répteis e aves pertenciam a classes diferentes.

Evidências bioquímicas O desenvolvimento metodológico experimentado pela Biologia Molecular nos últimos anos tem permitido analisar o grau de parentesco entre as espécies com base em semelhanças moleculares. Apesar de todas as formas de vida utilizarem a mesma linguagem genética- o código genético é universal – sugerindo que todas as espécies compartilham um mesmo ancestral distante, e que já utilizava esse código; semelhanças na sequência de aminoácidos de uma proteína ou material genético que a codifica, podem indicar uma menor distância evolutiva entre duas espécies, ou seja, que compartilham um ancestral comum mais recente. A análise bioquímica comparativa de proteínas e ácidos nucleicos reforça as similaridades anatômicas e embrionárias antes verificadas em diversos seres vivos, constituindo mais uma evidência a favor do evolucionismo. Biogeografia Até poucos anos, a comunidade científica se dividia entre os que acreditavam que os continentes sempre estiveram na mesma posição e os defensores da proposta de que continentes foram um dia unidos, compondo um grande bloco continental, a Pangea. Hoje, sabemos que os continentes estão em constante movimento e que a disposição dos mesmos continua sofrendo mudanças. Onde as placas são afastadas, bacias oceânicas podem se formar.

Fendas

Montanhas

Crosta Placa da litosfera Magma Placa afundando

Manto Correntes ascendentes de magma afastam as placas. O magma que se esfria forma uma nova crosta.

Onde duas placas colidem, uma é empurrada para baixo da outra, gerando a vidade sísmica.

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Figura 07 - O movimento dos continentes: o calor do núcleo da Terra gera correntes de convecção (setas) que empurram as placas tectônicas, unindo ou separando as massas de terra que elas contêm. A atividade sísmica resultante pode criar montanhas e fendas oceânicas profundas.

O movimento das placas tectônicas, ao longo do tempo, é chamado de deriva continental. Tais alterações influenciaram diretamente a evolução da vida na Terra ao promover mudanças na distribuição geográfica dos grupos de seres vivos no Globo terrestre, propiciando o surgimento de novas espécies. O afastamento dos continentes, pela deriva continental, submeteu os diversos grupos animais e vegetais a diferentes fatores climáticos, geológicos e ecológicos que, expostos a diferentes pressões ambientais, se diversificaram e se espalharam pelo restante do Planeta. O estudo das mudanças na distribuição geográfica dos seres vivos em decorrência da deriva continental associado às informações advindas da biologia evolutiva pode ser empregado na realização de previsões dos locais onde os vestígios fósseis de diferentes grupos de organismos, já extintos ou não, podem ser encontrados. 90

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Fatores evolutivos Na natureza, encontramos uma grande diversidade de seres vivos, formas, cores e comportamentos tão distintos que nos levam a resistir em aceitar que todos eles compartilham um ancestral que viveu há milhões de anos. A diversidade também é a razão da perpetuação da vida no Planeta, mesmo com tantos eventos extremos que ocorreram ou continuam a acontecer, periodicamente, na Terra. Em um grupo de trilhões e trilhões de organismos e indivíduos tão diferentes entre si, de distintas morfologias, comportamentos e estrutura genética, as chances de alguns deles possuírem as características adequadas para a sobrevivência frente à mudança do ambiente são altas. Cada população apresenta um conjunto de genes que, sujeito a fatores evolutivos, pode ser alterado. A teoria sintética da evolução preenche as lacunas deixadas por Darwin ao explicar como surgem essas alterações. Trata-se da compreensão dos mecanismos que explicam a variabilidade genética dos indivíduos, bem como as alterações nas frequências dos genes na população com o passar do tempo. Entre os fatores que levam à alteração da frequência gênica e que, consequentemente, interferem na evolução; citam-se: seleção natural, recombinação gênica, mutações, migração e deriva genética. As mudanças genéticas ocorrem lentamente e seus efeitos tornam-se visíveis, geralmente, após longos períodos de tempo. A interação entre a seleção natural, a recombinação genética, mutações, migração e deriva genética cria uma enorme possibilidade de mudanças evolutivas, muito provavelmente, diferentes das que ocorreriam se algum desses fatores atuasse sozinho. Veremos a seguir como cada um desses fatores contribuiu para a modificação dos organismos ao longo do tempo. Seleção natural

Sabemos que as forças do ambiente tendem a selecionar os indivíduos que possuem características mais vantajosas para a sobrevivência naquelas condições. Na hipotética população de raposas, se as condições ambientais mudassem para períodos com grandes nevascas, talvez os indivíduos com pelagem mais clara se camuflassem melhor na neve branca, sendo menos atacados por predadores. Assim, os indivíduos de pelagem mais clara se tornariam maioria na população e esta característica do fenótipo, que lhe permite uma vantagem, tornar-se-ia mais frequente. Portanto, percebemos que a seleção natural atua sobre a variação das características presentes em uma população, favorecendo aquelas que permitam uma maior vantagem de sobrevivência e reprodução em determinado ambiente. Assim, podemos concluir que a seleção natural é um fator evolutivo que, ao atuar sobre uma população, tende a reduzir sua variabilidade genética. Admitindo-se que a seleção natural possa alterar a frequência dos caracteres herdáveis da população, produzindo resultados diferentes, dependendo de quais combinações genéticas são privilegiadas, sua atuação é classificada em três tipos: estabilizadora, direcional e disruptiva.

Figura 08 - As sutis variações nas características dos organismos fornecem a matéria-prima para a ação dos processos evolutivos. Mas como as variações surgem? Como os processos evolutivos agem?

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Em uma população bem estabelecida em um ambiente, podemos encontrar pequenas variações em algumas características. Por exemplo, em um grupo de raposas marchando pelos campos, podemos verificar que algumas possuem uma pelagem de coloração mais clara que as demais, outras possuem dentes caninos um pouco maiores e entre os adultos, podemos encontrar uma grande variedade de tamanhos. A essa diferença que encontramos entre os indivíduos de uma mesma espécie, nomeamos de: diversidade intraespecífica.

Biologia

Seleção estabilizadora A seleção é dita estabilizadora quando os indivíduos com fenótipo intermediário são favorecidos em detrimento dos indivíduos que apresentam características extremas. Um exemplo clássico dessa modalidade de seleção relaciona-se ao peso dos bebês humanos recém-nascidos. Crianças que, ao nascer, apresentam peso muito menor ou muito maior do que a média (3 a 4 kg) apresentam maior taxa de mortalidade e, portanto, menor valor adaptativo. Seleção direcional Essa modalidade de seleção é comum quando o ambiente em que se encontra uma população sofre mudanças e um traço fenotípico que antes não era considerado vantajoso passa a agregar um novo valor adaptativo. É caso do aparecimento de insetos resistentes a inseticidas, por exemplo. Nas populações de insetos, existem organismos capazes de sobreviver aos efeitos desse produto. Entretanto na ausência dessas substâncias, ser resistente não constitui vantagem adaptativa. Todavia, caso um inseticida, agente seletivo, passe a ser aplicado sobre uma população em que existem organismos resistentes, estes serão favorecidos, sobreviverão e tenderão a ser multiplicar, passando a representar quase a totalidade da população após determinado tempo. Há, portanto, mudanças ambientais (introdução de inseticida ou antibiótico no meio) e um fenótipo novo é favorecido nessa nova condição. Seleção disruptiva

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Frequência de indivíduos

A seleção é dita disruptiva quando os indivíduos com fenótipos extremos de uma faixa fenotípica são favorecidos pela seleção natural, em detrimento de indivíduos com fenótipos intermediários. Essa modalidade de seleção promove a diversificação da população, eliminando os fenótipos medianos. Um bom exemplo dessa modalidade População original de seleção é a população do tentilhão africano: Pyrenestis ostrinus. Somente os indivíduos da espécie que apresentam bico grande conFenó pos (cor da pelagem) População População depois seguem se alimentar de sementes original da seleção duras, enquanto os indivíduos que apresentam bico pequeno se alimentam de sementes macias de uma maneira mais eficiente do que os pássaros de bicos maiores. Aparentemente, as aves com fenótipo intermediário, ou seja, com bico a) A seleção direcional modifica a c) A seleção estabilizadora remove b) A seleção disrup va favorece variantes de tamanho médio são ineficientes aparência geral da população ao favorecer nos dois extremos da distribuição. Estes os extremos de variação da população variantes em um extremo da distribuição. e preserva os pos intermediários. Se o camundongos colonizaram um hábitat para quebrar os dois tipos de seNeste caso, os camundongos escuros são ambiente é formado por rochas de cor formado por rochas claras e escuras, favorecidos porque vivem entre rochas intermediária, os camundongos claros resultando em desvantagem para mentes, não sobrevivendo tão bem escuras, e a pelagem escura esconde de e escuros serão desfavorecidos. camundongos de cores intermediárias. predadores. quanto os tentilhões cujo tamanho Figura 09 - Tipos de seleção natural. Estes casos descrevem três modos pelos quais uma população hipotética de bico está próximo a um dos exdo camundongo Peromyscus maniculatus com variação hereditária na cor da pelagem (de claro para escuro) tremos da faixa fenotípica.

pode evoluir. Os gráficos mostram como as frequências de indivíduos com diferentes colorações mudam ao longo do tempo. As setas brancas simbolizam a pressão seletiva contra alguns fenótipos.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Mutações Uma mutação gênica é qualquer mudança na sequência original de bases do DNA, que pode ser causada por erros no pareamento de bases durante a replicação do material genético. Esses danos podem ser provocados por radicais livres, luz ultravioleta ou radiação ionizante, certas substâncias químicas, além de falhas das enzimas de reparo do DNA. Mesmo uma mudança em apenas uma base pode ser capaz de codificar uma proteína diferente, com outras propriedades. A hemoglobina, proteína encontrada nas hemácias relacionada com o transporte de gases, possui uma cadeia com 146 aminoácidos de extensão. Seu sexto aminoácido é o ácido glutâmico, codificado pela sequência de bases GAG ou GAA. A simples mutação de adenina para timina no segundo nucleotídeo deste códon (GTG ou GTA) faz com que o aminoácido seja trocado pela valina. Esse tipo de mudança é denominado mutação pontual, pois apenas uma única base foi alterada. Os humanos portadores dessa mutação possuem as hemácias deformadas em forma de foice e a hemoglobina é deficiente no transporte de oxigênio, caracterizando a doença chamada anemia falciforme. GCA GCC GCG GCU

AGA AGG CGA CGC CGG CGU

GAC GAU

AAC AAU

UGC UGU

GAA GAG

CAA CAG

GGA GGC GGG GGU

CAC CAU

AUA AUC AUU

UUA UUG CUA CUG CUU

AAA AAG

AUG

UUC UUU

CCA CCC CCG CCU

AGC AGU UCA UCC UCG UCU

ACA ACC ACG ACU

UGG

UAC UAU

GUA GUC GUG GUU

UAA UAG UGA

Ala

Arg

Asp

Asn

Cys

Glu

Gln

Gly

His

Ile

Leu

Lys

Met

Phe

Pro

Ser

Thr

Trp

Tyr

Val

stop

Tabela 01 - O código genético é degenerado: observe quantos códons diferentes podem sintetizar o mesmo aminoácido (representados pelas siglas em rosa, abaixo), representados pela sequência no RNA mensageiro.

Como o código genético é redundante, ou seja, o mesmo aminoácido pode ser codificado por mais de um códon, algumas mutações podem ser silenciosas (ou sinônimas) por não alterar a sequência de aminoácidos normais de uma proteína. Um códon que possua sua sequência CGT mutada para CGA continuará sintetizando alanina, não produzindo mudanças. As mutações que modificam a sequência de aminoácidos são denominadas não-silenciosas (ou não-sinônimas).

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

As mutações têm o potencial de modificar a sequência nucleotídica de um gene, o que pode acabar gerando uma mudança no fenótipo e, por isso, as mutações produzem a matéria-prima para ação da seleção natural. Um alelo diferente para determinado gene, surgido pela mutação de suas bases, concederá ao organismo uma característica diferente. Se elas concederem maiores chances de sobrevivência e possibilidade de reprodução, é bastante provável que esta característica seja passada aos descendentes, e ao longo do tempo, modificando a frequência desse alelo na população. Assim, podemos concluir que a mutação é um fator evolutivo que tende a aumentar sua variabilidade genética de uma população. As mudanças no genoma são aleatórias, ou seja, não são moldadas de acordo com as necessidades do organismo. A maioria das mutações é, portanto, neutra ou deletéria. Mudanças aleatórias na sequência ordenada de um genoma que tem estado sob seleção por milhões de anos e funciona relativamente bem para determinado ambiente, tem maior probabilidade de estragá-lo do que melhorá-lo. Portanto, poucos dos novos alelos introduzidos por mutações são realmente benéficos. Mutações estruturais são capazes de alterar toda a morfologia de um cromossomo. As inversões cromossômicas ocorrem quando há quebra em dois locais distintos da fita dupla de DNA. Este segmento pode se separar, girar e se religar na direção contrária à original, alterando toda a ordem dos genes ao longo do cromossomo. 93

Biologia

SAIBA MAIS COM QUE FREQUÊNCIA OCORREM MUTAÇÕES NOS ORGANISMOS? Pesquisas recentes sugerem que cada população e cada espécie possuem taxas distintas de mutação, não existindo uma frequência padrão para o surgimento de novos alelos. Porém, outros pesquisadores estimam que haja uma mutação para cada 100000 genes a cada geração. Para se ter uma ideia, estudos com o nematódeo Caenorhabditis elegans concluíram que cada novo indivíduo gerado traz consigo uma média de 2,1 mutações em seu genoma nuclear. A prole desse verme é constituída, aproximadamente, por 300 indivíduos e seu tempo de vida de 2 a 3 semanas. Em pouco tempo, podemos ter uma grande descendência com alta variabilidade de fenótipos a partir de um único organismo.

Esse tipo de mutação é comum na mosca Drosophila. Outro tipo de mutação cromossômica, agora numérica, é a poliploidia, que ocorre quando há falha na segregação dos cromossomos homólogos na meiose I ou separação das cromátides-irmãs na meiose II, resultando em gametas com o mesmo número de cromossomos das células somáticas, que se fecundam e geram um organismo com o dobro da ploidia original. Esse fenômeno é bastante comum em plantas e em alguns animais capazes de autofecundarem-se. Recombinação genética Na recombinação genética, os alelos existentes em determinada população podem ser reagrupados em diferentes combinações durante os processos da meiose, gerando, nos descendentes, a união de características diferentes de seus progenitores. Assim, uma raposa de caninos grandes e pelagem escura ao cruzar com uma raposa de caninos curtos e pelagem clara pode gerar descendentes de caninos grandes e pelagem clara ou de caninos curtos e pelagem escura, ou mesmo um intermediário de caninos médios e pelagem cinza. Alguns aspectos da meiose, como a segregação independente dos genes alelos e a possibilidade de permutação (crossing-over), também entre genes alelos, garantem uma imensa variação genética nos gametas. Na fecundação uma nova recombinação ocorrerá a partir de gametas completamente distintos e, consequentemente, os descendentes manifestaram uma identidade fenotípica inédita. Mesmo que os fenômenos da meiose e da fecundação não produzam novos genes e novas características, eles contribuem para embaralhar os genes já existentes nos patrimônios genético paterno e materno. Em nossas células, por exemplo, existem dois conjuntos de cromossomos denominados homólogos: um que herdamos do pai e outro que herdamos da mãe. Durante a separação desses pares homólogos para cada célula no fim da meiose I, eles são segregados independentemente, isto é, existem 50% de chances de a célula-filha herdar tanto o cromossomo paterno quanto o materno do par homólogo, ocasionando uma combinação diferente. Em humanos, cujo número haploide de cromossomos é 23, são possíveis 8,4 milhões de combinações diferentes de cromossomos paternais e maternais nos gametas. Possibilidade 1

Possibilidade 2

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Dois arranjos prováveis de cromossomos na metáfase 1

metáfase 2

Célulasfilhas Combinação 1

Combinação 2

Combinação 3

Combinação 4

Figura 10 - A segregação independente garante um arranjo e distribuição aleatórios dos cromossomos parentais entre as células-filhas. No exemplo acima, com apenas dois pares de homólogos, pudemos gerar 4 combinações diferentes.

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O crossing-over ou permutação também aumenta a variabilidade genética, pois resulta na formação de um cromossomo que carrega novas combinações dos alelos maternais e paternais. Como cada gameta, em humanos, representa uma combinação de 1 em 8,4 milhões, a sua fertilização aleatória e formação do zigoto resultarão em um organismo com uma combinação genética possível de 1 em 70,5 trilhões (8,4 milhões x 8,4 milhões), sem considerar as variações decorrentes da permutação. Desse modo, cada organismo descendente gerado é, particularmente, único em suas características genéticas herdadas de seus progenitores, - o que explica a infinidade de variações fenotípicas encontradas em uma população-, sobre as quais atuarão as forças da seleção natural. Assim, podemos concluir que, a recombinação gênica é um fator evolutivo que atua aumentando a variabilidade genética. Migração Os indivíduos de uma população estão sempre se movimentando, formando novos grupos e com eles, seus alelos e genes. Assim, a migração pode afetar a composição gênica de uma população. O movimento e intercâmbio de alelos entre as populações, por meio da reprodução sexuada,é denominado fluxo gênico. Na população brasileira, pela miscigenação de vários grupos étnicos de todo o Planeta, somos portadores de diversos alelos de populações indígenas, africanas, europeias e asiáticas em combinações bastante diferentes e únicas e, por isso, ocorre entre nós a migração de genes, ou, fluxo gênico. As diferenças genéticas entre as populações tendem a se tornar menores por meio da entrada de novos conjuntos gênicos na população. Sendo assim, a migração é um fator evolutivo que, de imediato, aumenta a variabilidade genética nos descendentes, mas, a longo prazo, reduz a variabilidade genética da população. Nas plantas, o fluxo gênico ocorre, frequentemente, quando o pólen, sementes ou frutos de uma população são transportados para outras populações, geralmente, pelo vento ou por animais.

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Figura 11 - Por meio do fluxo gênico, os genes são transportados a uma população cujos genes não existiam previamente, e por isso esse mecanismo é uma fonte muito importante de variação genética. Na figura acima, o gene para coloração marrom move-se de uma população para a outra.

Deriva gênica Qualquer população está sujeita a desastres ambientais ou qualquer tipo de situação imprevista, como um incêndio, enchentes ou uma forte tempestade. Imagine que uma população de raposas ao atravessar determinada região, seja surpreendida por uma manada de lobos que ataque e mate grande parte das raposas brancas. O alelo que determinada a coloração branca estaria agora menos representado na população de raposas, tendo sua frequência alélica alterada em relação ao total. Portanto, a redução extrema ou o desaparecimento de um alelo, por motivos acidentais, em uma população pequena alterando drasticamente a frequência gênica e genotípica dessa população, define mais um fator evolutivo – deriva gênica. Esse fator evolutivo, evidentemente, contribui para a redução da variabilidade genética da população. 95

Biologia

Alguns eventos podem resultar em grandes impactos para a população como um todo. Imagine que um grupo de nossa população de raposas se isole por algum motivo. Esse grupo é composto por 9 raposas brancas, 4 raposas pretas e 7 raposas cinza. À medida que as novas gerações forem surgindo, as frequências alélicas e o pool gênico dessa nova população serão diferentes da população de origem. Esse tipo de deriva é denominado efeito fundador. Outro caso que podemos imaginar é se alguma mudança repentina no ambiente acontecer e diminuir indiscriminadamente o tamanho da população,. Assim, entre a população sobrevivente, pode haver alguns alelos em alta frequência, outros em baixa e alguns podem até mesmo ter se perdido com a morte de seus portadores. Quando o tamanho de uma população sofre uma redução drástica e apenas os alelos de seus sobreviventes passam a constituir o pool gênico enquanto ela restaura o seu tamanho original, dizemos que ela sofreu um efeito gargalo. É fundamental ressaltar que os eventos causadores do efeito fundador e gargalo devem ser totalmente aleatórios, sem estar relacionados com a aptidão do indivíduo ao ambiente, se adaptando à definição de deriva genética, se diferenciando do fator evolutivo seleção natural.

População Original

Diminuição da População

População Sobrevivente

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

Figura 12 - A passagem de poucas bolinhas pelo gargalo da garrafa representa de forma análoga a redução drástica de uma população por algum evento ao acaso. Se cada coloração representa um genótipo diferente, verificamos que na população sobrevivente, existem menos alelos e alguns deles estão em alta frequência em relação à população original.

SAIBA MAIS EFEITOS DA DERIVA GENÉTICA E FLUXO GÊNICO SOBRE UMA POPULAÇÃO DE AVES O efeito gargalo ocorreu em uma população de tetrazes-das-pradarias (Tympanuchus cupido), aves habitantes de campos dos EUA. O efeito humano sobre o ambiente natural, convertendo-o em lavouras e pastagens levou a uma drástica redução no número de tetrazes no estado de Illinois, restando apenas duas pequenas populações perfazendo cerca de 50 indivíduos após o efeito gargalo. Pesquisadores verificaram que as aves possuíam pouca variabilidade genética e menos de 50% de seus ovos eclodiam, provavelmente, devido à alta frequência de algum alelo deletério. Comparadas às populações de tetrazes de outros estados, as aves de Illinois tinham perdido cerca de 2 alelos para cada locus. Com a introdução de 270 aves oriundas dos estados vizinhos, promovendo um fluxo gênico com a entrada de novos alelos para a população de tetrazes de Illinois, a taxa de eclosão dos ovos aumentou mais de 90%. Esses estudos revelam que o efeito da deriva genética pode ser desastroso, mas em alguns casos, pode ser remediado.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

pelagem de diferentes colorações, foi observada em dois momentos: antes e depois da ocorrência de uma profunda transformação no meio em que vivem. As curvas abaixo reFrequência de indivíduos

Frequência de indivíduos

presentam esses dois momentos.

População original

fenó pos ((cor da pelagem))

População após mudança do meio

fenó pos ((cor da pelagem))

www.bio.miami.edu

A alteração ocorrida na frequência do fenótipo da população de roedores, após a mudança do meio, é um exemplo de seleção denominada a) direcional. b) disruptiva. c) estabilizadora. d) não adaptativa. 02. (Fac. Israelita de C. da Saúde Albert Einstein SP) O nome cacto é atribuído a plantas da família Cactaceae. Os cactos são conhecidos, dentre outras características, pela presença de inúmeros espinhos caulinares e capacidade de armazenar água. No entanto, algumas espécies de plantas que apresentam esse mesmo aspecto vegetal pertencem à família Euphorbiaceae, ou seja, têm maior parentesco evolutivo com plantas tais como a mandioca e a seringueira. A figura a seguir mostra a semelhança entre essas plantas.

Euphorbiaceae

Cactaceae

Fonte: <http://plantconvergentevolution.weebly.com/ uploads/2/7/3/0/27301003/5588755_orig.jpg>

Considerando essas informações, é CORRETO afirmar que as plantas da figura representam um caso evolutivo de a) homologia. b) camuflagem. c) herança de caracteres adquiridos. d) analogia.

03. (UECE) Pitcairn é uma ilha vulcânica cuja prole dos primeiros colonizadores recebeu genes dos britânicos e dos polinésios. Os fatores que podem aumentar a diversidade genética da população de Pitcairn são a) migração e mutação. b) consanguinidade e seleção natural. c) migração e seleção natural. d) consanguinidade e mutação. 04. (UEPA) Mesmo com o avanço da tecnologia em comunicação, o ser humano continua se debruçando sobre os registros fósseis para desvendar o mistério da criação do mundo e da notável biodiversidade, com milhões de espécies de seres vivendo nos mais variados ambientes que compõem a biosfera. A teoria da evolução biológica busca explicar o mecanismo que propiciou essa imensa variedade de seres vivos. Os principais argumentos científicos que explicam esse mecanismo são: I. Órgãos vestigiais indicam a presença de um ancestral comum entre as espécies nas quais ocorrem. II. A análise dos fósseis indicam que a extinção de espécies faz parte do processo evolutivo. III. Os fósseis permitem o estudo comparativo entre organismos ou estruturas de diferentes eras geológicas que demonstram mudanças ao longo do tempo. IV. Desde Darwin, vários aspectos de sua teoria já foram revistos, o que demonstra sua falta de fundamentação. V. Os órgãos homólogos indicam relações de parentesco entre espécies, por terem a mesma origem embrionária. A alternativa que contém todas as afirmativas corretas é: a) I, II, III e V. b) I, III, IV e V. c) II, III, IV e V. d) II, III e IV. e) I, II, III, IV e V. 05. (Uncisal AL) Nas populações humanas, assim como nas populações da maioria das outras espécies, os indivíduos apresentam diferentes combinações de alelos. Apesar de 99,9% das sequências de bases de DNA serem idênticas em todas as pessoas, o 0,1% que varia responde por nossas diferenças individuais. A base da teoria moderna da evolução diz respeito a três fatores evolutivos principais. Os dois fatores que são diretamente responsáveis pela variabilidade genética são: a) seleção natural e mutação gênica. b) hereditariedade e mutação cromossômica. c) mutação gênica e recombinação gênica. d) seleção natural e adaptação. e) recombinação gênica e seleção natural.

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

01. (Uerj RJ) A população de uma espécie de roedores, com

Biologia

Exercícios Complementares 01. (OBB) Suponha que uma população de determinada espécie animal tenha se mantido sem alterações significativas em seu tamanho, habitat e nicho ecológico durante alguns milhares de anos. Evolutivamente, pode-se afirmar que nessa população: a) Não houve mutações nem seleção natural. b) houve mutações, mas a seleção disruptiva agiu contra a taxa de mutação e manteve a população estável. c) ocorreram mutações, mas a seleção estabilizadora atuou para manter a população inalterada. d) não houve mutações e a seleção direcional agiu para manter o tamanho da população equilibrado. e) não houve mutações uma vez que populações em equilíbrio são geneticamente resistentes a esse fator evolutivo 02. (Uni-FaceF SP) A partir de 1982, duas espécies de tentilhões, Geospiza fortis e Geospiza magnirostris, passaram a conviver na mesma ilha do Arquipélago de Galápagos. Ambas apresentavam bicos grandes e conviveram sem problemas porque a oferta de grandes sementes era abundante. Um período de seca nos anos 2003 e 2004 causou uma grande redução na oferta de alimentos, resultando em grande mortandade de pássaros das duas espécies. No entanto, a espécie G. fortis sobreviveu porque nasceram ao acaso descendentes com bicos menores. Estes sobreviveram por terem habilidade em quebrar sementes pequenas e essa característica se propagou nas gerações seguintes. Isso não aconteceu com a espécie G. magnirostris. (https://answersingenesis.org. Adaptado.)

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

O aumento da população de Geospiza fortis, em decorrência da redução no tamanho de seu bico e que a tornou mais hábil para quebrar sementes pequenas, retrata um exemplo de a) cruzamento entre espécies diferentes. b) seleção natural. c) seleção sexual. d) especiação. e) mutação induzida pelo meio. 03. (UDESC SC) Um tubarão e um golfinho possuem muitas semelhanças morfológicas, embora pertençam a grupos distintos. O tubarão é um peixe que respira por brânquias, e suas nadadeiras são suportadas por cartilagens. O golfinho é um mamífero, respira ar atmosférico por pulmões, e suas nadadeiras escondem ossos semelhantes aos dos nossos membros superiores. Portanto, a semelhança morfológica existente entre os dois não revela parentesco evolutivo. Eles adquiriram essa grande semelhança externa pela ação do

ambiente aquático que selecionou nas duas espécies a forma corporal ideal ajustada à água. Esse processo é conhecido como: a) isolamento reprodutivo. b) irradiação adaptativa. c) homologia. d) convergência adaptativa. e) alopatria. 04. (UEPA) Os seres vivos são fruto do processo evolutivo que ocorre desde o aparecimento da vida na Terra. Cada espécie tem suas peculiaridades, suas adaptações ao meio, que lhes conferem maiores chances de sobrevivência e de deixar descendentes. Os cientistas atualmente recompõem a evolução a partir das evidências evolutivas. (Texto Modificado: Bio, Sônia Lopes, 2008.)

Com relação às palavras em destaque no texto, é correto afirmar que: a) a asa do morcego e a nadadeira anterior da baleia são estruturas análogas. b) o apêndice vermiforme é um órgão vestigial em humanos. c) os fósseis são restos de seres vivos ou seus vestígios de épocas recentes. d) a asa dos insetos e a asa das aves são estruturas homólogas. e) a embriologia comparada determina o grau de parentesco de organismos que possuem ancestrais diferentes. 05. (UEM PR) A teoria da evolução biológica é considerada a base da biologia moderna e existem várias evidências que a corroboram. Sobre essas evidências, assinale o que for correto. 01. O estudo dos fósseis possibilita o conhecimento dos organismos que viveram na Terra, bem como suas modificações no decorrer do tempo. 02. A análise de moléculas, como ácidos nucleicos e proteínas, fornece dados sobre os polimorfismos que facilitaram a evolução das populações. 04. Evolutivamente, a presença de órgãos homólogos indica irradiação adaptativa, em que organismos aparentados obtiveram órgãos adaptados ao ambiente em que vivem. 08. As provas embriológicas usadas para evidenciar a evolução são baseadas nas grandes diferenças observadas nos embriões de animais de classes diferentes, principalmente nas etapas finais de seu desenvolvimento. 16. Do ponto de vista evolutivo, a presença de estruturas vestigiais em uma espécie indica ancestralidade comum e parentesco entre espécies diferentes.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

cas e fisiológicas de três seres vivos. n O chimpanzé (Pan troglodytes) possui visão binocular e o

primeiro dedo oponível nas mãos. A visão binocular permite que o cérebro distinga as diferentes distâncias entre os objetos observados e o observador e a presença do primeiro dedo oponível nas mãos permite o movimento de pinça, facilitando agarrar objetos. n O inseto maria-fedida (Nezara viridula) libera um odor,

produzido por glândulas toda vez que se sente ameaçado. Além dessa defesa, ele pode apresentar algumas colorações, como verde ou marrom, o que auxilia na proteção contra predadores. n A planta urtiga (Urera baccifera) apresenta tricomas urtican-

tes na superfície de suas folhas. Eles secretam substâncias ácidas, causando vermelhidão, coceira e ardência na pele de uma pessoa que as toca.

b) Os principais fatores evolutivos que atuam sobre o conjunto gênico da população podem ser reunidos em duas categorias: fatores que tendem a restringir a variabilidade genética da população – mutação e recombinação; fatores que atuam sobre a variabilidade genética já estabelecida – migração, deriva genética e seleção natural. c) As mutações ocorrem ao acaso e por seleção natural, são mantidas quando adaptativas ou eliminadas em caso contrário. Podem ocorrer em células germinativas ou em células somáticas; sendo, neste último caso, de fundamental importância para a evolução, pois são transmitidas aos descendentes. d) Na seleção sexual, os traços anatômicos e/ou comportamentais influenciam o sucesso de cruzamentos. Os indivíduos que possuem as características que são interessantes, do ponto de vista genético, para o outro sexo, são escolhidos para a reprodução. e) A teoria da seleção natural defende que apenas sobrevivem

Esses três seres vivos apresentam

aqueles organismos que possuem qualidades superiores,

a) normas de reação, que apareceram por mutações induzidas.

em que a prevalência de uma característica torna-se favorá-

b) características adaptativas, que foram selecionadas pelo

vel, à medida que é transmitida para as gerações seguintes.

ambiente. c) órgãos homólogos, que surgiram para adaptá-los ao ambiente. d) órgãos vestigiais, que ficaram cada vez mais complexos com o tempo. e) órgãos análogos, que surgiram pela necessidade de sobrevivência.

Os organismos inferiores, portanto, acabam sendo extintos. 09. (IFPE) A Anemia Falciforme é uma doença hereditária, que, diante de certas condições, altera a forma dos glóbulos vermelhos os quais se tornam parecidos com uma foice. A doença originou-se na África e foi trazida às Américas pela imigração forçada de escravos. No Brasil, distribui-se heterogeneamente, sendo mais frequente onde a proporção de antepassados ne-

07. (UCS RS) Em uma ilha do Pacífico, há muitos anos, ocorreu um

gros é maior. Além de estar presente na África e na América, é

Tsunami que vitimou grande parte da população. Dos poucos

hoje encontrada em toda Europa e em grandes regiões da Ásia.

sobreviventes, alguns deles possuíam uma mutação gênica que

No Brasil, a doença é predominante entre negros e pardos,

foi transmitida para seus descendentes, fazendo com que a

também ocorrendo entre os brancos. No sudeste do Brasil, a

nova população gerada nessa ilha possuísse uma frequência de

equivalência média de heterozigoto (portadores) é de 2%, valor

alelos diferente da população original.

que sobe cerca de 6 a 10% entre negros. Estima-se o nasci-

Esse processo chama-se de

mento de 700-1000 novos casos anuais de Doença Falciforme,

a) Migração Gênica.

sendo um problema de saúde pública no Brasil.

b) Efeito Fundador.

Com relação à genética da anemia falciforme na população do

c) Seleção Sexual.

Brasil, podemos afirmar que

d) Equilíbrio Gênico.

a) a emigração é o único fator evolutivo que pode alterar o

e) Convergência Evolutiva. 08. (IFGO) Assinale a alternativa correta a respeito do processo evolutivo. a) A divergência adaptativa é um processo em que organismos de diferentes espécies, mas que vivem em um mesmo tipo de ambiente por muito tempo, acabam adquirindo semelhanças morfológicas pelo processo evolutivo, graças à seleção natural.

equilíbrio gênico. b) a mutação sempre mantém constante o equilíbrio gênico, sem anemia falciforme. c) casais heterozigotos nunca poderiam ter uma prole homozigota recessiva. d) a imigração não representa um fator evolutivo e mantém o equilíbrio gênico. e) a migração, mutação e seleção natural afetam o equilíbrio gênico. 99

B19  Evidência da evolução e fatores evolutivos

06. (Famerp SP) Considere os exemplos de características anatômi-

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO B20

ASSUNTOS ABORDADOS n Especiação n Especiação alopátrica n Especiação simpátrica n Especiação parapátrica. n Anagênese e Cladogênese n Isolamento reprodutivo

ESPECIAÇÃO Atualmente, estima-se que 1,5 milhão de espécies já foram descritas pela ciência e alguns pesquisadores extrapolam que cerca de 100 milhões ainda aguardam para serem reconhecidas, embora análises mais conservadoras avaliem esse número como sendo de 3 a 5 milhões. A definição de espécie é um assunto controverso entre os cientistas. Atualmente assume-se que seja a menor unidade evolutiva independente e que entre uma e outra não haja fluxo gênico, ou seja, reprodução sexuada. Mas esse conceito vem sendo discutido pelos estudiosos ao longo do tempo. Um dos conceitos mais antigos utilizados para caracterizar uma espécie como diferente de outra utiliza como critérios as suas diferenças e semelhanças morfológicas, ou seja, suas expressões fenotípicas. Foi por meio desse conceito morfológico de espécie, que os primeiros sistemas de classificações dos organismos foram propostos. O biólogo alemão Ernst Mayr (1904-2005) propôs em 1942, o conceito biológico de espécie, que diz que espécies são indivíduos capazes de reproduzirem entre si e gerarem descendentes férteis. O grande mérito deste conceito é explicitar a importância do isolamento reprodutivo para a identidade de uma espécie. Embora essa seja a definição mais amplamente difundida, até mesmo para a criação de legislações ambientais, é difícil de ser verificada na prática, visto que devemos acompanhar um grupo de organismos, registrar a sua reprodução e ainda assim confirmar a fertilidade da prole. Além de ser um processo intestável para espécies fósseis e populações que se reproduzem assexuadamente, como algumas bactérias e fungos. Com os avanços recentes nas áreas da biologia molecular e genética, surgiu o conceito filogenético de espécie, em que diferenças significativas na sequência do material genético são capazes de distinguir duas espécies. Mesmo sendo necessários muitos recursos tecnológicos para efetuar as análises moleculares de semelhança genética, ela pode ser testada em qualquer tipo de organismo. A árvore da vida está sendo continuamente remodelada baseada nesse conceito, contribuindo significativamente para uma revolução na taxonomia. Vimos que uma espécie é caracterizada essencialmente pela sua incapacidade de trocar genes com outras e que vários fatores evolutivos, como mutações, deriva genética, recombinação gênica e seleção natural estão continuamente atuando e modificando os indivíduos de uma população. Porém, quando um determinado grupo de organismo pode ser considerado uma nova espécie distinta? Como surgem as espécies? Primeiramente, um grupo de indivíduos deve interromper o seu fluxo gênico com os demais integrantes de sua população original. A partir daí, pela ação dos fatores evolutivos, esta subpopulação vai se tornando diferente, alterando suas morfologias, desenvolvendo novos hábitos, explorando recursos ou desenvolvendo um sistema de reprodução diferente. As diferenças se tornam tão pronunciadas que não é mais possível a troca de alelos entre esses dois grupos, resultando em um isolamento reprodutivo, caracterizando espécies distintas. Atualmente, a ciência acredita que, na história evolutiva das espécies, existam três tipos de processos de especiação: especiação alopátrica, simpátrica e parapátrica.

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Especiação alopátrica A especiação alopátrica é o processo de especiação mais comum. Ele acontece quando duas populações de uma mesma espéciesão separadas pelo estabelecimento de uma barreira geográfica levando a um isolamento geográfico. Esse isolamento geográfico pode ser causado, por exemplo, pelo erguimento de uma cadeia de montanhas que divide uma floresta, pela seca de um grande lago que o divide em vários lagos menores ou pela mudança no curso de um rio. O isolamento geográfico de um grupo de indivíduos também pode acontecer pela dispersão de parte do grupo original para uma nova área, como quando pássaros trazem sementes de plantas exóticas para uma ilha, ou por eventos de vicariância, quando ocorre a fragmentação da população como, por exemplo, pelo movimento de placas tectônicas. O fenômeno do movimento de placas tectônicas, por exemplo, promove a separação em grupos de uma população original, permitindo que fatores evolutivos como mutação e seleção natural atuem em cada um dos grupos e, em ambientes diferentes, exerçam pressões seletivas diferenciadas em cada grupo,culminando no isolamento reprodutivo desses grupos que podem formar novas espécies.

A. harrisi

A. leucurus

Figura 01 - Exemplo de especiação alopátrica: a fenda do Grand Canyon (EUA) separou geograficamente a população de esquilos do gênero Ammospermophilus, impedindo o fluxo gênico e permitindo que os fatores evolutivos agissem, dando origem a duas espécies diferentes.

Uma evidência da especiação alopátrica pode ser observada em ilhas, em que uma espécie acaba se diferenciando na aparência e ecologia. O exemplo mais clássico são o dos tentilhões observados por Darwin nas ilhas Galápagos, que se diferenciaram principalmente pela forma do bico que é adaptada ao tipo de alimentação de cada uma das 14 espécies. O surgimento de novas espécies por especiação alopátrica pode ocorrer por um evento evolutivo chamado de cladogênese. Diz que a cladogênese é um processo evolutivo, por meio do qual duas populações de uma mesma espécie, isoladas reprodutivamente, com o passar do tempo, diferenciam-se uma da outra gerando duas espécies diferentes. Na especiação alopátrica, quando as populações se tornam geograficamente isoladas a ponto de interromper o fluxo gênico, o processo evolutivo de cladogênese gera nas populações ramificações nas linhagens de organismos ao longo de sua história evolutiva levando a especiação biológica. Portanto, as novas espécies se formam por irradiação adaptativa, isto é, a partir de grupos que se isolam da população original e se adaptam a diferentes regiões. Depois de longo tempo de isolamento, as populações originam novas espécies. B20  Especiação

Nesse processo, caso seja restabelecido o contato entre os grupos que estavam isolados e a reprodução sexuada ocorra com sucesso, conclui-se que o tempo não foi suficiente para acumular diferenças significativas para formar novas espécies. Com isso, é possível que tenham se formado duas subespécies ou raças.

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Biologia

Mutações Seleção Raças ou Subspécies Isolamento Reprodu vo

Isolamento Geográfico População Inicial

Espécie Nova

Raças ou Subspécies Mutações Seleção

Figura 02 - Esquema ilustrativo de como a cladogênese irá atuar no processo de especiação alopátrica, levando à formação de novas espécies.

Especiação simpátrica A especiação simpátrica diferencia-se da alopátrica pela ausência da separação geográfica. Nessa especiação, duas populações de uma mesma espécie apesar de viverem na mesma área, estão reprodutivamente isoladas, ou seja, não há fluxo gênico (reprodução sexuada) entre elas. Mutações no número dos cromossomos, como a poliploidia, são as principais causas para o surgimento de novas espécies de plantas. Isso ocorre porque indivíduos tetraploides (4n) resultantes dessa mutação geram gametas diploides (2n) e a sua união com os gametas comuns haploides (n) dos indivíduos normais geram uma prole triploide (3n), que apresenta fertilidade reduzida devido a problemas no pareamento dos cromossomos na formação de seus próprios gametas. Assim, os indivíduos tetraploides passam a gerar descendência fértil apenas com seus pares mutantes, isolando-se reprodutivamente da população original, mesmo estando bastante próximos quanto à abrangência geográfica.

População de insetos de uma região em árvores diferentes

Duas espécies surgidas na mesma região por estarem adaptadas a árvores diferentes

B20  Especiação

Figura 03 - Exemplo de especiação simpátrica: populações diferentes de uma mesma espécie passam a explorar os recursos de maneira diferente e acabam ficando isoladas reprodutivamente.

Especiação parapátrica. Na especiação parapátrica não há nenhuma barreira extrínseca específica que impeça a reprodução sexuada ou fluxo gênico. A população é contínua, mas mesmo assim a população não cruza aleatoriamente. Os indivíduos são mais propensos a cruzar com 102

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seus vizinhos geográficos do que com indivíduos de populações que ocupam os extremos geográficos. Desse modo, divergências podem ocorrer por causa do reduzido fluxo gênico entre as populações e as diferentes pressões de seleção em toda a faixa da população. Podemos observar as primeiras etapas da especiação parapátrica em espécies gramíneas Anthoxanthum odoratum. Algumas dessas plantas vivem próximas a minas onde o solo foi contaminado com metais pesados. As plantas em torno das minas sofreram seleção natural para os genótipos que são tolerantes a metais pesados. Enquanto isso, plantas vizinhas que não vivem em solos contaminados não foram submetidas à seleção para esse caráter. Os dois tipos de plantas estão próximos o suficiente para que os indivíduos tolerantes e não tolerantes possam, potencialmente, fertilizar um ao outro — assim, eles parecem cumprir a primeira exigência de especiação parapátrica, de uma população contínua. No entanto, os dois tipos de plantas evoluíram em diferentes épocas de floração, e essa mudança poderia ser o primeiro passo para cortar inteiramente o fluxo gênico entre os dois grupos.

Resíduos da mina Solo não contaminado

Figura 04 - Exemplo de especiação parapátrica na espécie de gramínea Anthoxanthum odoratum:embora continuamente distribuídos, épocas diferentes de floração começaram a reduzir o fluxo gênico entre plantas com tolerância a metais e plantas não tolerantes.

Especiação parapátrica

Especiação simpátrica

Especie ancestral A

Especie ancestral B

Especie ancestral C

Nova zona geográfica

Adaptações a zonas geográficas diferente

Nova zona ecológica, ploidia, etc.

Diferenciação alopáatrica promovendo a divergência

Formação de zona híbrida separando as populações com diferentes adaptações locais

Estabelecimento rápido da nova população diferenciada

Espécie A1 Espécie A2

Espécie B1 Espécie B2

Espécie C1 Espécie C2

B20  Especiação

Especiação alopátrica

Figura 05 - Representação esquemática de como ocorrem os processos de especiação.

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Biologia

Anagênese e Cladogênese Para que a especiação ocorra, é necessário existir a interrupção de fluxo gênico entre as populações de uma espécie levando ao acúmulo de diferenças genéticas entre elas. Essas diferenças decorrem, basicamente, de mutações, recombinação genética e seleção natural, podendo levar a uma situação que não permita mais o cruzamento entre as populações que estão isoladas reprodutivamente. A divergência genética entre elas e a espécie ancestral é, via de regra, irreversível e tende a aumentar esse isolamento reprodutivo que caracteriza a formação de espécies diferentes. Os fatores evolutivos atuam na especiação dos seres vivos de duas maneiras distintas: por anagênese e cladogênese. Anagênese Na anagênese, a população vai se modificando gradativamente ao longo do tempo, acumulando pequenas novidades evolutivas – microevolução - por meio de mutações seguidas da ação seletiva do meio. A somatória de microevoluções ao longo do tempo pode resultar em um grupo tão diferente do ancestral a ponto de se constituir uma espécie nova. A anagênese é, em última análise, uma evolução contínua que gera uma nova espécie. Cladogênese De maneira distinta, a cladogênese ocorre quando há fragmentação de um ramo filético em dois ramos ou mais, isolados e cada qual passa a sofrer ação distinta dos fatores evolutivos. Nesse caso, ocorre o isolamento reprodutivo entre duas populações que, originalmente, formavam um único grupamento com fluxo gênico efetivo. Atualmente, acredita-se que a maioria das espécies surgiu por cladogênese, sendo, portanto, a forma mais comum de especiação. Anagênese e Cladogênese

Evolução Linear

Grupo ancestral se separa e cada subgrupo sofre pressão sele va dis nta

B20  Especiação

Figura 06 - Representação esquemática de como ocorrem os processos de anagênese (esquerda) e cladogênese (direita).

Formação de raças ou subespécies Durante o processo de especiação, podem se formar grupos intermediários, ou seja, populações que já apresentam padrões fenotípicos diferentes, mas que ainda têm capacidade para se reproduzir gerando descendentes férteis. A esses grupos denomina104

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mos raças ou subespécies como, por exemplo, as múltiplas raças que encontramos de cão (nome científico: Canis lupus familiaris). Isso só pode ocorrer se as populações estiverem de alguma maneira, separadas. Em condições naturais, a distinção entre as subespécies se mantém porque elas não se cruzam ou fazem o cruzamento em frequência muito baixa. Na natureza, geralmente, essa baixa frequência de reprodução ocorre porque as subespécies estão geograficamente isoladas. Caso essa barreira geográfica desapareça, por alguma razão, e os membros dessas subpopulações voltarem a se cruzar, as diferenças raciais tendem a desaparecer devido à mistura dos genes. A formação de raças é um passo em direção à especiação. Se o isolamento persistir, é provável que as diferenças continuem a se desenvolver até que não permitam mais a reprodução entre as duas populações. Assim, teremos agora não mais duas raças dentro de uma mesma espécie, mas sim duas novas espécies distintas.

Figura 07 - Cães de raças distintas são capazes de se cruzar e produzir descendentes férteis, pois ainda são indivíduos da mesma espécie. Vale lembrar que esse grupo animal passou por múltiplos processos de seleção artificial, pelo homem, para a domesticação.

Isolamento reprodutivo Uma espécie para ser caracterizada como tal não deve ser capaz de se reproduzir e trocar alelos com outras, ou seja, ela deve estar sexualmente isolada. Os processos de isolamento reprodutivo são denominados pré-zigóticos, quando atuam antes da formação do zigoto, e pós-zigóticos, quando ocorrem depois de o zigoto ter-se formado. Mecanismos de isolamento reprodutivos pré-zigóticos

n n

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As barreiras pré-zigóticasimpõem isolamento reprodutivo que impedem a concretização da fecundação. As principais barreiras são: Ecológicas: populações explorando habitats diferentes não se encontram para a reprodução. Estacional: populações têm períodos reprodutivos que não coincidem, portanto, não se dispõem simultaneamente para a reprodução.

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n n n

Comportamentais: populações não reconhecem os rituais de acasalamento e não interagem reprodutivamente. Anatômicas: populações possuem incompatibilidade nos órgãos sexuais inviabilizando a cópula. Morte gamética: o corpo da fêmea é hostil aos gametas masculinos depositados.

Mecanismos de isolamento reprodutivos pós-zigóticos As barreiras pós-zigóticas acontecem após a fecundação dos gametas, impedindo que o zigoto híbrido (descendente de espécies diferentes) se desenvolva em um adulto fértil. Os genes das espécies parentais diferentes podem interagir de tal forma que inviabilize o desenvolvimento do híbrido, seja por malformações ou combinações letais. Ainda assim, o híbrido pode se desenvolver, mas possuir fertilidade bastante reduzida ou ser até mesmo estéril, como é o caso da prole da égua com um jumento, gerando a mula, descendente fêmea ou o burro, descendente macho. Esses são incapazes de gerar descendentes por esterilidade dos híbridos (descendentes de espécies diferentes).

SAIBA MAIS O QUE SÃO HÍBRIDOS ? São considerados animais híbridos os descendentes cujos pais pertencem a espécies diferentes. Jumento e cavalo, por exemplo, pertencem a espécies diferentes. Um híbrido pode se desenvolver, mas possuir fertilidade bastante reduzida ou ser até mesmo, estéril. No caso da prole da égua com um jumento gerando a mula, descendente fêmea ou o burro, descendente macho.

Figura 08 - Híbrido do jumento e da égua.

B20  Especiação

Nem todo híbrido é estéril, pois na natureza existem híbridos que possuem fecundidade limitada. Esse grau de fecundidade se apresenta nas fêmeas, pois nelas os óvulos têm desenvolvimento completo, enquanto que nos machos é raro as células espermáticas se desenvolverem ou amadurecer. Um exemplo claro de hibridismo com fecundidade limitada ocorre no cruzamento do porco doméstico com o javali, que resulta em híbridos. Nesse caso, os machos são estéreis e as fêmeas férteis.

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Exercícios de Fixação 01. (UDESC SC) Em 1942, Ernst Mayr (1904 – 2005), biólogo alemão e um dos maiores evolucionistas de nossa época, propôs a seguinte definição: “um grupo de populações cujos indivíduos são capazes de se cruzar e produzir descendentes férteis, em condições naturais, estando reprodutivamente isolados de indivíduos de outras espécies”.

03. (UFAM) Sequências de DNA em muitos genes humanos são semelhantes a sequências dos genes correspondentes em chimpanzés. A explicação mais provável para esse resultado é a) humanos evoluíram de chimpanzés. b) a evolução convergente levou a similaridades no DNA. c) chimpanzés evoluíram de humanos. d) humanos e chimpanzés não são parentes próximos. e) humanos e chimpanzés compartilham ancestral comum relativamente recente. 04. (UNIT SE) Híbridos são descendentes do cruzamento entre indivíduos de duas espécies cujas barreiras reprodutivas não estão completamente estabelecidas. Hibridação é particularmente comum em certos gêneros da família Orchidaceae. Na Serra dos Órgãos, no Estado do Rio de Janeiro, ocorrem em simpatria duas espécies irmãs do gênero Epidendrum: E. secundum Jacqe E. Xanthinum Lindl, além de indivíduos com caracteres intermediários, supostos híbridos. Neste trabalho, avaliamos a hipótese de hibridação e a intensidade do isolamento reprodutivo entre estas espécies. Utilizando experimentos de polinização recíproca, foi possível detectar hibridação entre as espécies. O baixo sucesso reprodutivo dos híbridos formados é uma importante barreira reprodutiva que promove isolamento reprodutivo forte o suficiente para manter a coesão dessas espécies.

02. (UFJF MG) Considere as afirmativas abaixo relacionadas aos processos de especiação. I. A especiação simpátrica considera que duas espécies possam surgir sem que haja qualquer processo de separação geográfica, em consequência de alterações cromossômicas numéricas ocorridas durante as divisões celulares. II. A especiação alopátrica considera que o primeiro passo para a formação de duas novas espécies é a separação geográfica entre populações de uma espécie ancestral. III. A especiação simpátrica poderia ser ocasionada pelo isolamento geográfico de populações em áreas marginais à de uma população original. IV. A especiação alopátrica poderia ser ocasionada pela migração significativa de uma população para outra região seguida da perda de contato com a população original. Assinale a alternativa que contenha todas as afirmativas CORRETAS. a) II e III. d) I, III e IV. b) III e IV. e) II, III e IV. c) I, II e IV.

MELO, Tiago Manuel Zafra de. PINHEIRO, Fábio. Experimentos de cruzamentos recíprocos como ferramenta para avaliar o isolamento reprodutivo numa zona de hibridação natural da família OrchidaceaeJuss. Disponível em:< http://www. ib.usp.br/revista/volume14f1>. Acesso em: 6 nov. 2015.

O isolamento reprodutivo evidencia no processo evolutivo a a) possibilidade de interagir com o ambiente sem que haja interferência do meio. b) incapacidade de formar indivíduos que possam superar a pressão seletiva. c) aquisição de caracteres comuns aos organismos para a condição adaptativa. d) capacidade de gerar proles com variabilidade para além da espécie geradora. e) formação de espécies distintas podendo ser derivadas de um ancestral comum. 05. (Escola Bahiana de Medicina e Saúde Pública) O surgimento de novas espécies ocorre por diversificação de uma espécie ancestral. Quando duas espécies surgem sem que haja isolamento geográfico, tem-se o processo denominado a) especiação alopátrica. b) especiação simpátrica. c) isolamento pré-zigótico. d) isolamento pós-zigótico. e) seleção natural.

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B20  Especiação

A definição proposta por Mayr se refere ao conceito de: a) espécie. d) bioma. b) comunidade. e) população. c) ecossistema.

Biologia

Exercícios Complementares 01. (UNIT SE) Antes do estabelecimento da agricultura como atividade econômica, muitas plantas das Américas já eram usadas e melhoradas aos poucos por povos antigos. Alguns desses vegetais foram domesticados e são cultivados hoje, mas a maioria das espécies de plantas agrícolas veio de outros continentes. A imensa biodiversidade da Amazônia indica que muitas outras espécies da região poderiam ser aproveitadas na alimentação e na gastronomia, mas esse potencial vem se perdendo – e com ele iguarias e sabores desconhecidos – pelo processo contínuo de destruição da floresta. Os povos antigos melhoraram e domesticaram algumas plantas das Américas com a) a ajuda das pressões seletivas do meio e com a carga genética característica de cada espécie e com o plantio dos vegetais de potencial evidenciado. b) a utilização de organismos com características genéticas puras nos cruzamentos entre as gerações parentais. c) os cruzamentos preferencias e com o direcionamento gênico para uma melhor adaptação de cada espécie. d) o isolamento geográfico dificultando o fluxo gênico entre as espécies imigrantes. e) o aumento da variabilidade através do processo de plantio da estaquia.

B20  Especiação

02. (FPS PE) As espécies de organismos são consideradas como unidades reprodutivas as quais podem realizar cruzamentos com membros da mesma espécie. As espécies também representam unidades ecológicas e genéticas com características próprias. Sobre este assunto, identifique os processos de especiação por anagênese e cladogênese, mostrados na figura abaixo.

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É correto afirmar que a) em a, as espécies formam-se a partir de indivíduos que sofrem isolamento geográfico e se diversificam geneticamente. b) em b, as espécies formam-se a partir de indivíduos que sofrem mutações genéticas induzidas por alterações ambientais. c) em a, as espécies formam-se a partir de indivíduos que sofrem isolamento reprodutivo induzido por alterações ambientais. d) em b, as espécies formam-se a partir de indivíduos que sofrem isolamento geográfico e reprodutivo, diversificando-se geneticamente. e) em a, as espécies formam-se a partir de indivíduos que sofrem isolamento geográfico e reprodutivo, diversificando-se geneticamente. 03. (FPS PE) Especiação refere-se ao processo de formação de novas espécies. Quanto à base desse processo evolutivo, assinale a afirmativa incorreta. a) Na cladogênese, observa-se a separação física entre duas ou mais populações de uma espécie ancestral, originando duas novas espécies. b) Na anagênese, ao longo do tempo, surge ou se modifica, em uma população, um caráter, que é responsável pelas ”novidades evolutivas”. c) A manutenção do isolamento reprodutivo entre duas populações pode resultar no surgimento de espécie nova. d) Na especiação alopátrica, novas espécies são originadas sem haver isolamento geográfico, como fator primordial. e) Na especiação simpátrica, novas espécies são originadas sem haver isolamento geográfico. 04. (Mackenzie SP) Algumas aranhas da Família Salticidae (popularmente conhecidas como papa moscas) são capazes de se deslocar por distâncias de até 400 km. Isso é possível porque elas tecem uma teia em forma de para quedas, que permanece aderida ao seu abdômen e se utilizam do vento para o deslocamento. Dessa forma, elas são capazes de cruzar com indivíduos de outras populações. A esse respeito, são feitas as seguintes afirmações: I. Não há isolamento reprodutivo entre essas populações. II. A possibilidade de intercâmbio genético entre os grupos permite que eles pertençam à mesma espécie. III. O fato de existir intercâmbio genético impede que ocorram mutações nos indivíduos de cada grupo. Assinale a) se somente as afirmativas I e II forem corretas. b) se todas as afirmativas forem corretas. c) se somente as afirmativas I e III forem corretas. d) se somente a afirmativa I for correta. e) se somente a afirmativa III for correta.

FRENTE

BIOLOGIA

Questão 01. a) Uma floresta clímax caracteriza-se pela estabilidade e maturidade das comunidades, quando poucas alterações ocorrem ao longo do tempo. Nesse estágio, de modo geral, a produção (fotossíntese) se iguala ao consumo (respiração), sendo P/R = 1. Portanto, a liberação de oxigênio para a atmosfera é praticamente nula, sendo que o que é produzido pela fotossíntese é consumido na respiração. Os fatores físicos, como o clima, têm pequena influência na homeostase, enquanto o estado de equilíbrio dinâmico da comunidade é mantido ao longo do tempo. A diversidade biológica permanece praticamente constante, podendo haver pequenas alterações na composição da comunidade, que logo atinge novamente o estado de equilíbrio. b) O termo “pulmão” está empregado de modo incorreto, pois esse órgão realiza troca gasosa contrária à ideia estabelecida pela frase. Durante a respiração pulmonar, ocorre inspiração de oxigênio para o pulmão e expiração de gás carbônico para a atmosfera. Portanto, a expressão “A Amazônia é o pulmão do mundo” está equivocada tanto no aspecto ecológico como fisiológico.

Exercícios de Aprofundamento 01. (UFG GO) “A floresta Amazônica é o pulmão do mundo”. Esta frase tem sido utilizada no sentido de que esse bioma é fonte de grande quantidade de oxigênio liberado para a atmosfera. Entretanto, é preciso lembrar que esta floresta sofreu alterações frequentes durante o processo de sucessão ecológica por milhares de anos, atingindo o estágio de clímax. a) Considerando-se o exposto, explique as características que permitem considerar esta floresta como clímax. b) Do ponto vista fisiológico, considerando-se a função do pulmão dos animais terrestres, por que o termo “pulmão” está equivocadamente empregado no enunciado “A Amazônia é o pulmão do mundo”? 02. (UFBA) No Ano Internacional da Biodiversidade, realizou-se em Fortaleza, Brasil, a II Conferência Internacional sobre o Clima, Sustentabilidade e Desenvolvimento em Regiões Áridas e Semiáridas (ICID 2010), cuja programação incluiu o debate sobre a conservação da Caatinga. Bioma exclusivamente brasileiro, a Caatinga já teve quase metade de sua cobertura vegetal desmatada e corresponde a 95% de áreas suscetíveis à desertificação no país. (CONSERVAÇÃO..., 2010).

A partir da leitura do texto, da ilustração e dos conhecimentos sobre o meio ambiente, explique, considerando as condições ambientais características da caatinga, uma estratégia morfofisiológica em plantas, desenvolvida no curso da evolução, frente a essas condições. 03. (Unitau SP) Jean-Baptiste Lamarck, naturalista francês, foi o primeiro cientista a apresentar formalmente uma teoria da evolução. Entretanto, foi o inglês Charles Darwin quem, no século XIX, provocou as discussões que geraram profundas dúvidas acerca dos conceitos vigentes à época, fazendo com que,

afinal, se admitissem as transformações ocorridas nos seres vivos como resultantes das alterações do meio ambiente. Assim, questões como “Os seres vivos teriam surgido já com a complexidade que apresentam hoje ou, alternativamente, teriam sofrido uma sequência de modificações ao longo do tempo?” são respondidas. Com relação à evolução dos seres vivos e à teoria de Lamarck, analise as afirmativas. I. O mundo natural é uma criação imutável e permanente, e as espécies vivas já existiam desde a origem do planeta. A extinção de muitas delas deveu-se a eventos catastróficos, que teriam exterminado grupos inteiros de seres vivos. II. O modo pelo qual os diferentes órgãos são utilizados altera características do indivíduo, e essas características são transmitidas para seus descendentes. Por exemplo, um órgão muito utilizado se desenvolve mais; um órgão subutilizado se atrofia. Assim, ao longo do tempo, os organismos se modificam, podendo dar origem a novas espécies. III. Os indivíduos não nascem todos iguais, ainda que descendam dos mesmos pais. Essas diferenças entre os indivíduos influenciam suas chances de sobrevivência, considerando que, dentre as variações, podem estar presentes habilidades que tornem o indivíduo mais apto a sobreviver. IV. Por meio da reprodução, indivíduos melhores adaptados para sobreviver no ambiente transmitem aos seus descendentes suas características vantajosas para a sobrevivência. Com o passar das gerações, todos os indivíduos dessa espécie devem apresentar essas características. V. É característica dos seres vivos evoluírem para um nível de complexidade e perfeição cada vez maiores, como aquele em que os seres evoluíram a partir de microrganismos simples, originados de matéria não viva. Está CORRETO o que se apresenta em a) I e IV, apenas. b) II e V, apenas. c) II e IV, apenas. d) III e V, apenas. e) II, IV e V, apenas. 04. (Udesc SC) “O tamanho das populações naturais, a despeito de seu enorme potencial de crescimento, mantém-se relativamente constante ao longo do tempo, sendo limitado pelo

Questão 02. A Caatinga define-se como um bioma caracteristicamente brasileiro, cuja sobrevivência é um desafio às condições ambientais adversas, entre as quais temperaturas mais elevadas, baixa pluviosidade, períodos de estiagem de duração variável, umidade relativa do ar baixa e solo seco. Nessas condições, as plantas sobrevivem dependentes de adaptações que buscam reduzir a perda de água para aproveitar, ao máximo, a sua disponibilidade no meio. Assim, a formação de cutículas mais espessas e de baixa permeabilidade, a redução de estômatos e controle de sua abertura, a perda de folhas em períodos de seca, a conversão de folhas em espinhos, o desenvolvimento de caules clorofilados e suculentos, a presença de um sistema extenso de raízes profundas e a possibilidade de armazenamento de água nas raízes, figuram entre outras estratégias desenvolvidas no curso da evolução, a definiçãoda paisagem da Caatinga.

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Biologia

ambiente (disponibilidade de alimento, locais de procriação e presença de inimigos naturais de parasitas, etc.).” A informação antertior constitui um dos alicerces da teoria elaborada por: a) Charles Robert Darwin. b) Jean-Baptiste Lamarck. c) Theodosius Dobzhansky. d) Charles Lyell. e) Newton Freire-Maia. 05. (Udesc SC) A partir da mostarda selvagem (Brassicaoleracea), o homem conseguiu obter novas variedades de plantas, conforme mostra a figura.

Mostarda selvagem (Brassica oleracea)

Couverábano

Couve

Brócolos

Couve-debruxelas

Repolho

Couve-flor

Disponível em: https://pbs.twimg.com/media/B5wFX6qIgAEJAvq.jpg (acessado em 16/09/2015 - modificado).

Em relação a este tema, analise as proposições. I.

A partir da mostarda selvagem, por transferência de genes (organismos transgênicos), são obtidas plantas como a couve, o brócolos e o repolho.

II.

Para Charles Darwin, o repolho, a couve-de-bruxelas, a couve-flor seriam exemplos de seleção artificial.

III.

Pela Figura 3 é possível observar que, a partir de determinadas partes da mostarda selvagem, pela manipulação gênica, são obtidas novas variedades da planta.

IV.

Pelo melhoramento genético é que são produzidas estas novas variedades de plantas.

Para Gregor Mendel estas variantes seriam um exemplo de como, pelos processos de hibridização, são obtidas

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

novas espécies. Assinale a alternativa correta: a) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. b) Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. c) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras. d) Somente as afirmativas II e V são verdadeira. e) Somente as afirmativa I e V são verdadeiras. 06. (PUC MG) O termo coevolução é usado para descrever casos onde duas ou mais espécies afetam a evolução umas das outras reciprocamente. O termo foi utilizado pela primeira vez 110

por Ehrlich e Raven (1964) na descrição sobre influências que plantas e insetos herbívoros têm sobre a evolução um do outro. Ricklefs (1996) a define como respostas evolutivas recíprocas entre as populações. A coevolução pode, EXCETO: a) ao moldar predadores mais perigosos, selecionar estratégias de defesa mais eficazes por parte das presas. b) causar flutuações no tamanho das populações e na composição genética de ambas as espécies. c) acontecer somente quando espécies diferentes têm interações ecológicas desarmônicas como a relação parasita/hospedeiro ou predador/presa. d) causar um equilíbrio genético estável ou flutuante, ou mesmo levar à extinção de uma ou de ambas as espécies. 07. (UESB BA) Assim como os ambientes variam, também o fazem os agentes da seleção natural. Desse modo, embora tendências possam ser percebidas na evolução de certos grupos de organismos, não existe razão necessária para se esperar uma direção consistente na evolução de qualquer linhagem, muito menos uma direção que todos os seres vivos devam seguir. Sendo a seleção natural tão mecânica quanto a gravidade, ela não é moral nem imoral. (FUTUYMA, 1992. p. 8). FUTUYMA, Douglas J. Biologia Evolutiva. 2. ed. Ribeirão Preto: Sociedade Brasileira de Genética/CNPq, 1992.

A afirmativa que melhor ratifica as informações contidas no texto é a 01. A seleção natural preserva os indivíduos mais aptos de uma comunidade trilhando os caminhos evolutivos do grupo para formas cada vez mais fortes e perfeitas. 02. A pressão seletiva age em uma população para que novos tipos sejam gerados com características favoráveis que os tornam mais aptos para a sobrevivência em seu ambiente. 03. Da mesma forma que a gravidade age de forma única em todo o Universo, deve-se considerar o mesmo efeito imutável da seleção natural sobre as populações de seres vivos. 04. O ambiente é o principal fator determinante da ação da seleção natural e, assim sendo, mudanças nesse ambiente devem interferir na forma de ação da seleção nas populações de organismos. 05. A variabilidade genética gerada e mantida pela seleção natural que age sob uma população, é responsável em aumentar o potencial adaptativo que esses organismos apresentam em relação ao ambiente. 08. (UnespSP) A ema (Rhea americana), o avestruz (Struthiocamelus) e o emu (Dromaius novaehollandiae) são aves que não voam e que compartilham entre si um ancestral comum mais recente que aquele que compartilham com outros grupos de aves. Essas três espécies ocupam hábitats semelhantes, contudo apresentam área de distribuição bastante distinta. A ema ocorre no sul da América do Sul, o avestruz é africano e o emu ocorre na Austrália.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

dição conhecida como traço falciforme. A frequência desses alelos varia entre diferentes populações humanas. Em algumas regiões onde a malária é endêmica, a frequência de indivíduos AS é maior quando comparadas à de populações humanas onde a malária é incomum. O plasmódio, agente causador da malária, invade as hemácias, onde se reproduz assexuadamente. A presença da hemoglobina anormal dificulta essa etapa do ciclo de vida do plasmódio. Outras células que são afetadas pelo plasmódio são os hepatócitos. O plasmódio é transmitido pelo mosquito Anopheles sp.

Avestruz

Emu (www.google.com.br)

Segundo a explicação mais plausível da biologia moderna, a distribuição geográfica dessas aves é consequência da a) fragmentação de uma população ancestral que se distribuía por uma única massa de terra, um supercontinente. Em razão da deriva continental, as populações resultantes, ainda que em hábitats semelhantes, teriam sofrido divergência genética, resultando na formação das espécies atuais. b) migração de indivíduos de uma população ancestral, provavelmente da África, para a América do Sul e a Austrália, utilizando faixas de terra existentes em épocas de mares rasos. Nos novos hábitats, as populações migrantes divergiram e formaram as espécies atuais. c) origem independente de três espécies não aparentadas, na América do Sul, na África e na Austrália, que, mesmo vivendo em locais diferentes, desenvolveram características adaptativas semelhantes, resultando nas espécies atuais. d) migração de ancestrais dessas aves, os quais, embora não aparentados entre si, tinham capacidade de voo e, portanto, puderam se distribuir pela América do Sul, pela África e pela Austrália. Em cada um desses lugares, teriam ocorrido mutações diferentes que teriam adaptado as populações aos seus respectivos hábitats, resultando nas espécies atuais. e) ação do homem em razão da captura, transporte e soltura de aves em locais onde anteriormente não ocorriam. Uma vez estabelecidas nesses novos locais, a seleção natural teria favorecido características específicas para cada um desses hábitats, resultando nas espécies atuais. 09. (OBB) A anemia falciforme é uma doença caracterizada pela produção de moléculas de hemoglobina anormais, incapazes de transportar O2, comprometendo a oxigenação do organismo. Indivíduos com genótipo AA produzem a molécula normal de hemoglobina, não sendo afetados pela doença. Indivíduos com genótipo SS produzem apenas a forma anormal de hemoglobina, sendo afetados pela anemia falciforme. Já indivíduos heterozigotos (AS) apresentam a forma branda da doença, con-

Considerando as informações do texto, qual o processo responsável pela variação entre as frequências dos alelos A e S nas populações humanas citadas no texto? a) Deriva gênica. b) Seleção natural. c) Seleção sexual. d) Vicariância. e) Especiação. 10. (UEG GO) O Cerrado brasileiro é um hotspot global de biodiversidade em função do número elevado de espécies endêmicas (mais de 4,6 mil espécies que não ocorrem em outro lugar) e da alta taxa de degradação. Um estudo recentemente publicado na revista internacional Nature Ecology & Evolution aponta que o bioma Cerrado perdeu 46% da vegetação nativa e somente 20% permanecem protegidos. Segundo os autores, se não houver um controle do desmatamento, nos próximos 30 anos haverá perda de até 34% das espécies nativas do bioma. O desmatamento nessa região é“causado pela combinação do agronegócio, obras de infraestrutura, pouca proteção legal e iniciativas de conservação limitadas”. Disponível em: http://<www.bbc.com/portuguese/brasil-39358966>. Acesso em: 29 mar. 2017.

Sobre o Cerrado, tem-se o seguinte: a) a escassez de recursos hídricos e a baixa capacidade de reter água, típicos do bioma, fazem com que sua vegetação apresente grande sensibilidade ao fogo. b) esse bioma ocupa cerca de 22% da extensão territorial do país, concentrando-se na região centro-sul, cobrindo os estados de Goiás, Mato Grosso, Paraná e Santa Catarina. c) em condições naturais, o solo do Cerrado éácido, com baixo teor de cálcio, alumínio e magnésio e grande quantidade de matéria orgânica, o que contribui para a absorção de nutrientes pelas raízes. d) entre as espécies nativas, muitas são endêmicas, com destaque para o ipê-amarelo, a ararinha-azul, o tamanduá-bandeira e o mico-leão-dourado, que estão na lista vermelha de espécies ameaçadas de extinção. e) é conhecido como uma floresta de cabeça para baixo por apresentar vegetação com raízes muito profundas, que alcançam o lençol freático; além disso, algumas plantas perdem as folhas durante a estação seca. 111

FRENTE B  Exercícios de Aprofundamento

Ema

Fonte: Wikimedia Commons

FRENTE

C Figura 01 - Herança poligênica aditiva: cor dos olhos na população humana.

BIOLOGIA Por falar nisso Qual a cor dos seus olhos? Herança quantitativa ou poligênica é um tipo de herança genética, na qual participam dois ou mais pares de genes com segregação independente, resultando em um efeito acumulativo de vários genes envolvidos, cada um contribuindo com uma parcela para a formação da característica. A cor dos olhos na população humana é uma característica hereditária poligênica, assim como a altura, a cor do cabelo. A cor dos olhos é definida por vários pares de genes não alelos que, em conjunto, determinam a quantidade de melanina depositada na íris. A melanina é um pigmento marrom, mas dependendo de sua concentração, pode produzir diferentes tonalidades. Os tons variam do azul claro, azul médio, azul escuro, cinza, verde, avelã, castanho claro, castanho médio ao castanho escuro (quase preto). Supostamente, oito genes, ou seja, quatro pares de alelos distintos estão envolvidos na determinação da tonalidade da íris. A quantidade de melanina na sua camada externa vai depender do número de genes dominantes dentro do total desses oito genes. Cada gene dominante no genótipo adiciona uma quantidade de melanina decorrente da herança aditiva – o que veremos mais adiante. Indivíduos com o genótipo AABBCCDD, por exemplo, têm olhos castanhos escuros. Os olhos azul-claros pertencem a indivíduos que não apresentam nenhum gene dominante no genótipo (aabbccdd), portanto, esses não têm depósito de melanina na camada mais externa da íris. Eventualmente, um indivíduo pode possuir olhos com diferentes cores. Esse fenômeno é chamado de heterocromia ocular: a condição em que a íris de um olho tem coloração distinta do outro. Existem dois tipos de heterocromia: heterocromia parcial, quando um dos olhos pode possuir apenas uma parte da coloração do outro e heterocromia total, quando os olhos são totalmente diferentes entre si. Nessa anomalia, geralmente um olho é mais pigmentado do que o outro, apresentando uma quantidade desigual de melanina. As causas da heterocromia podem ser resultado de quimerismo genético, síndrome de Horner, síndrome de Waardenburg ou até mesmo por uma lesão ocular em algum momento da vida.

Figura 02 - Heterocromia, olhos com padrão de cores distintos.

Nas próximas aulas, estudaremos os seguintes temas

C17 C18 C19 C20

Herança quantitativa aditiva ..........................................................114 Genes ligados e mapas cromossômicos ........................................120 Erros inatos do metabolismo .........................................................128 Genética das populações ...............................................................136

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C17

n Casos com padrão da herança quantitativa aditiva

Expressividade mínima do caráter

n Herança quantitativa aditiva e binômio de Newton

Após analisarmos a transmissão de classes fenotípicas estanques, ou seja, descontínuas, estudaremos agora certos fenótipos que possuem uma variação contínua na população. Sutilmente, no processo de variação fenotípica, ocorre uma gradação da expressão do fenótipo que vai de uma expressão mínima, passando por uma faixa intermediária até uma expressão máxima. Vejamos a ilustração abaixo:

Expressividade máxima do caráter

n Herança quantitativa aditiva

HERANÇA QUANTITATIVA ADITIVA

Expressividade média do caráter

ASSUNTOS ABORDADOS

Figura 01 - Curva de fenótipos com variação contínua (curva de Gauss) típica da herança quantitativa aditiva. A maior parte da população apresenta fenótipos intermediários.

Esse caso é denominado herança quantitativa aditiva ou herança poligênica aditiva. Essa interação gênica envolve, no mínimo, dois pares de genes alelos com segregação independente. Esse é o padrão de herança que explica a maior parte das variações fenotípicas observadas nas populações. Na herança quantitativa aditiva, não se fala em dominância de um gene sobre seu alelo. O que se considera é o número total de genes dominantes presente no genótipo, que contribuem para aumentar a expressividade do caráter, isto é, na distinção das características adquiridas através dos genes em diferentes espécies. Esses genes são chamados de genes efetivos (dominantes) e, na sua ausência, o caráter em questão tem expressão mínima, e o genótipo do indivíduo é constituído somente por genes recessivos ou não efetivos. Outro fator importante de ocorrência no caso quantitativo aditivo é que as características com esse padrão de herança sofrem forte influência do ambiente, o que aumenta ainda mais a gama de variação fenotípica.

Casos com padrão da herança quantitativa aditiva O zoologista americano, Charles Benedict Davenport (1866-1944), supôs em 1913, que a produção do pigmento melanina da pele humana era determinada por dois pa114

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

res de genes alelos de segregação independente. Segundo Davenport, existiam cinco fenótipos: preto (pigmentação máxima), mulato escuro, mulato médio, mulato claro e branco (pigmentação mínima). No caso da herança da cor da pele humana, teríamos cinco fenótipos e quatro genes envolvidos no total. Genótipos

Fenótipos

AABB

Preto

AABb; AaBB

Mulato escuro

AAbb, AaBb; AABB

Mulato médio

Aabb; aaBb

Mulato claro

aabb

Branco

Tabela 01 - Genótipos e fenótipos da cor de pele, segundo Davenport, na população humana.

O cruzamento entre mulatos médios heterozigotos produz a seguinte descendência: AaBbXAaBb AB

AABB

AABb

AaBB

AaBb

AABb

AAbb

AaBb

Aabb

AaBB

AaBb

aaBB

aaBb

AaBb

Aabb

aaBb

aabb

Tabela 02 - Genótipos dos possíveis descendentes do cruzamento entre morenos médios heterozigotos.

Figura 02 - Padrão contínuo de fenótipos para cor da pele na população humana.

A proporção fenotípica dos descendentes de casais mulatos médios heterozigotos é de: 1:4:6:4:1. Isso significa que 1 em 16 descendentes seria branco; 4 em 16 descendentes seriam mulatos claros; 6 em 16 descendentes seriam mulatos médios; 4 em 16 descendentes seriam mulatos escuros e 1 em 16 descendentes seria preto.

C17  Herança quantitativa aditiva

Na herança mendeliana do diibridismo (Segunda Lei de Mendel), onde não ocorre interação gênica, a proporção esperada para o cruzamento entre dois duplos heterozigotos é: 9:3:3:1. É provável que a cor da pele humana dependa, na verdade, de maior número de pares de genes cumulativos do que o número proposto por Davenport. Mas o modelo dele continua sendo plenamente aceito em termos gerais.

115

Biologia

Na herança quantitativa aditiva, para determinar o número total de fenótipos possíveis na população, é necessário subtrair o gene correspondente ao número total de genótipos envolvidos na herança genética. Vejamos o exemplo abaixo:

Nº de fenótipos = Nº total de genes – 1 Nº total de genes + 1= Nº de fenótipos Nessa herança, as variações de estatura, peso, bem como a cor dos olhos na população humana, a produção de leite pelas vacas, o comprimento dos pelos dos carneiros, o ritmo de produção de ovos em galinhas, a cor dos grãos do trigo, são heranças quantitativas com padrão aditivo, responsáveis para determinar o caráter de um indivíduo.

Herança quantitativa aditiva e binômio de Newton Na herança quantitativa aditiva, há um padrão constante nas proporções fenotípicas resultantes do cruzamento entre dois heterozigotos. Essas proporções obedecem às sequências dos coeficientes do desenvolvimento do binômio de Newton:

(p + q)n

Onde: p = genes efetivos q = genes não efetivos

n = número total de genes envolvidos na determinação do fenótipo. Uma maneira mais simples de obter as proporções fenotípicas na geração resultante do cruzamento entre heterozigotos é a utilização do triângulo de Pascal, construído a partir do desenvolvimento do binômio de Newton para os diferentes expoentes aplicados. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

C17  Herança quantitativa aditiva

7 8

9 10

36 45

120

220

28 84

220

1 7

126 252

1 6

15 35

126

1 5

6 10

36 120

9 45

Figura 02 - Triângulo de Pascal. Cada linha representa as proporções fenotípicas dos descendentes obtidos de cruzamentos entre heterozigotos de acordo com o número total de genes envolvidos na herança em questão.

Cada linha do triângulo informa a distribuição fenotípica do cruzamento entre heterozigotos baseado no número de genes envolvidos no fenótipo (n). Assim, na sétima linha do triângulo, por exemplo, temos a distribuição fenotípica dos 64 descendentes produzidos por cruzamento entre heterozigotos com genótipo constituído por um total de seis genes: Sétima linha do triângulo→1: 6: 15: 20: 15: 6: 1 116

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Interpretando esses coeficientes, dizemos que 1 descendente em 64 terá o fenótipo extremo, de menor expressividade, pela ausência de alelos efetivos (dominantes); 6 descendentes em 64 terão o fenótipo promovido por um alelo efetivo; 15 descendentes em 64 terão o fenótipo promovido por dois alelos efetivos; 20 descendentes em 64 terão o fenótipo promovido por três alelos efetivos; 15 descendentes em 64 terão o fenótipo promovido por quatro alelos efetivos; 6 descendentes em 64 terão o fenótipo promovido por cinco alelos efetivos e, finalmente, 1 descendente em 64 terá o fenótipo extremo, de maior expressividade, pela presença dos 6 alelos efetivos.

RESOLVENDO PROBLEMA 01. Determinado fruto apresenta variação de massa entre 1,0 Kg e 2,5 kg com intervalo de 250 g entre cada valor. Pergunta-se: a) Quais fenótipos podem ocorrer para esse caráter e quantos alelos estão atuando? Fenótipos: 1,000kg- 1,250Kg- 1,500Kg- 1,750Kg- 2,000kg- 2,250Kg-2,500Kg Nº de alelos = n º de fenótipos – 1 Nº de alelos= 7 -1 Resposta: Nº de alelos= 6 b) Quais as classes fenotípicas esperadas e as proporções entre elas, resultantes do cruzamento entre plantas produtoras de frutos de massa 1750,00Kg heterozigotos?

1 3

1 2

1 3

1 1 4 6 4 1 1 5 10 10 5 1 1 6 15 20 15 6 1 1 7 21 35 35 21 7 1 1 8 28 56 70 56 28 8 1 Figura 03 - Triângulo de Pascal: proporção fenotípica dos descendentes indicada na sétima linha. Resposta: 1 descendente em 64 terá o fenótipo 1,0Kg, 6 descendentes em 64 terão o fenótipo 1,250kg, 15 descendentes em 64 terão o

Pode-se desenvolver o binômio de Newton (p+q)6 ou montar o triân-

fenótipo 1,5 Kg, 20 descendentes em 64 terão o fenótipo1,750 Kg; 15

gulo de Pascal, localizando as proporções fenotípicas dos descenden-

descendentes em 64 terão o fenótipo2,0 Kg; 6 descendentes em 64

tes do cruzamento na sétima linha(número de fenótipos possíveis).

terão o fenótipo2,250 Kg; e, finalmente, 1 descendente em 64 terá o fenótipo de 2,5 Kg.

SAIBA MAIS O QUE É HERANÇA MULTIFATORIAL?

C17  Herança quantitativa aditiva

Entre os vários desdobramentos do projeto Genoma Humano- projeto científico que contou com a participação de cientistas de 18 países -, destaca-se o grande número de características humanas definidas por muitos pares de genes não alelos com efeito aditivo (herança poligênica aditiva) e pela combinação desses pares de genes com o meio ambiente. Essa fusão, que caracteriza a Herança Multifatorial, faz parte dos fenótipos manifestados por um indivíduo como resultado da interação do genoma com fatores externos como dieta, atividade física, exposição à luz etc. A pressão sanguínea, por exemplo, é uma característica multifatorial. Alguns estudos evidenciam que haja uma correlação entre as pressões sanguíneas dos genitores e as dos seus filhos, influenciada por fatores ambientais, tais como dieta e estresse. Além da hipertensão, doença cardíaca coronariana, diabetes mellitus (tipo I e II) e alguns cânceres, por serem causados por complexos fatores genéticos e ambientais, podem ser consideradas doenças multifatoriais.

117

Biologia

Exercícios de Fixação

C17  Herança quantitativa aditiva

02. (Acafe) O termo genética foi aplicado pela primeira vez pelo biólogo inglês William Bateson (1861-1926) para definir o ramo das ciências biológicas que estuda e procura explicar os fenômenos relacionados à hereditariedade. Assim, a alternativa correta é: a) A penetrância é a expressão percentual com que um gene se manifesta. Sabendo-se que a penetrância do gene para o nanismo acondroplásico é de 80%, pode-se dizer que a probabilidade de um homem heterozigoto, casado com uma mulher normal, ter um filho com este tipo de nanismo é de 80%. b) Epistasia é um tipo de interação gênica em que um gene de determinado locus inibe a manifestação de genes de outro locus. Denomina-se hipostático o gene inibidor e epistático, o gene inibido. c) A capacidade que tem um único par de alelos de produzir diversos efeitos fenotípicos, simultaneamente, no mesmo indivíduo, chama-se pleiotropia. d) Na herança quantitativa, os indivíduos diferem de forma descontínua, apresentando como componentes da variação o genótipo e o ambiente. Dessa forma, toda a variação existente pode ser representada graficamente através de uma curva de Gauss. 03. (IFBA)O processo de formação do povo brasileiro é histórico, cultural e biológico. A determinação da cor da pele representa um caso de herança poligênica e sua expressão sofre interferência das condições do ambiente. Sobre o mecanismo de herança poligênica é correto afirmar. a) A expressão da característica para pigmentação da pele representa um caso de epistasia, em que um gene neutraliza a ação daquele que não é o seu alelo. b) As variações da pigmentação da pele podem ser explicadas pela quantidade de genes que apresentam efeitos cumulativos. c) Alterações ambientais provocam modificações nos genes responsáveis pela expressão da característica, sendo responsáveis pelas variações de pigmento no conjunto populacional. d) Todas as variações da pigmentação da pele podem ser explicadas por um par de alelos que podem se expressar em homozigose ou heterozigose. e) Por se tratar de uma expressão de dominância e recessividade, na herança poligênica, os genótipos homozigotos recessivos comportam-se como genes letais, portanto, não se expressam no conjunto da população. 04. (EnemMEC)Após a redescoberta do trabalho de Gregor Mendel, vários experimentos buscaram testar a universa-

118

lidade 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

1000

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. (UFSCar) Uma empresa agropecuária desenvolveu duas variedades de milho, A e B, que, quando entrecruzadas, produzem sementes que são vendidas aos agricultores. Essas sementes, quando plantadas, resultam nas plantas C, que são fenotipicamente homogêneas: apresentam as mesmas características quanto à altura da planta e tamanho da espiga, ao tamanho e número de grãos por espiga, e a outras características de interesse do agricultor. Porém, quando o agricultor realiza um novo plantio com sementes produzidas pelas plantas C, não obtém os resultados desejados: as novas plantas são fenotipicamente heterogêneas e não apresentam as características da planta C; têm tamanhos variados e as espigas diferem quanto a tamanho, número e qualidade dos grãos. Para as características consideradas, os genótipos das plantas A, B e C são, respectivamente, a) heterozigoto, heterozigoto e homozigoto. b) heterozigoto, homozigoto e heterozigoto. c) homozigoto, heterozigoto e heterozigoto. d) homozigoto, homozigoto e heterozigoto. e) homozigoto, homozigoto e homozigoto.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares 01. (PUCRS) Para responder à questão, analise o gráfico, que representa diferentes classes fenotípicas de uma característica genética em população com equilíbrio de Hardy-Weinberg, e as afirmativas.

Gráfico 1

no de indivíduos

Frequência (%)

cor de flor branca cor-de-rosa Gráfico 2

vermelha

Frequência (%)

cor de flor

I. O gráfico exemplifica um caso de herança quantitativa. II. As sete classes fenotípicas podem resultar da interação de seis alelos. III. A distribuição normal apresenta indivíduos heterozigotos em suas extremidades. Está/Estão correta(s) apenas a(s) afirmativa(s) a) I. b) III. c) I e II. d) II e III. 02. (UPF) Suponha que a diferença entre uma planta de 100 cm de estatura e uma de 160 cm é devida a dois pares de genes de fatores e efeitos iguais e aditivos. A planta de 160 cm é duplo homozigota dominante e a de 100 cm é duplo homozigota recessiva. Cruzando-se uma planta duplo heterozigota com uma duplo homozigota recessiva, pode-se prever que, entre os descendentes: a) 25% terão em média 130 cm, 50% terão em média 115 cm e 25% terão em média 100 cm de estatura. b) 100% das plantas terão em média 115 cm de estatura. c) 50% terão em média 140 cm e 50% terão em média 100 cm de estatura. d) 75% terão em média 130 cm e 25% terão em média 145 cm de estatura. e) 25% terão em média 115 cm 25% terão em média 130 cm 25% terão em média 145 cm e 25% terão em média 160 cm de estatura. 03. (Unifesp) Os gráficos I e II representam a frequência de plantas com flores de diferentes cores em uma plantação de cravos (I) e rosas (II).

04. (Mackenzie SP)

Número de genes dominantes

Cor da semente

Vermelho escuro

Vermelho médio

Vermelho

Vermelho claro

Nenhum

branco

A cor dos grãos de trigo é condicionada por dois pares de genes de efeito aditivo. A tabela acima mostra o número de genes dominantes e as cores determinadas por eles. Do cruzamento entre um indivíduo AaBb e um Aabb, a proporção esperada de indivíduos com grãos vermelhos é de: a) 3/8. b) 1/8. c) 3/16. d) 6/8. e) 5/8.

119

C17  Herança quantitativa aditiva

classes feno picas

Expressividade do caráter

Os padrões de distribuição fenotípica são devidos a: a) I: 1 gene com dominância; II: 1 gene com dominância incompleta. b) I: 1 gene com dominância incompleta; II: vários genes com interação. c) I: 1 gene com dominância incompleta; II: 1 gene com alelos múltiplos. d) I: 3 genes com dominância incompleta; II: vários genes com interação. e) I: 2 genes com interação; II: 2 genes com dominância incompleta.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C18

ASSUNTOS ABORDADOS n Genes ligados e mapas cromos-

sômicos

n Cruzamentos efetuados por Morgan n HeterozigotosCis e Trans n Mapas cromossômicos n Posicionamento dos genes nos cromossomos

GENES LIGADOS E MAPAS CROMOSSÔMICOS No núcleo das células humanas, relativamente existem poucos cromossomos e grande número de genes. A partir disso, é possível concluir que, em cada cromossomo, existe um número elevado de genes responsáveis pelas inúmeras características típicas de cada espécie. Na espécie humana, o cromossomo 1 é o maior do cariótipo e tem, aproximadamente, 3168 genes, já o cromossomo Y é o menor, e tem, aproximadamente, 86 genes. Quando os genes estão presentes em um mesmo cromossomo, dizemos que eles estão ligados ou em linkage, visto que durante a formação dos gametas, na meiose, eles se deslocam juntos para cada célula-filha. Esse processo, no entanto, contraria a segunda Lei de Mendel que, por sua vez, propõe uma segregação independente para os diversos pares de genes alelos que estão localizados em pares distintos de cromossomos homólogos. Quando Thomas Hunt Morgan (1866-1945), zoólogo e geneticista estadunidense e seus colaboradores realizaram o cruzamento com um organismo diploide conhecido como mosca da fruta, cientificamente denominado Drosophila melanogaster; concluíram, por meio da análise de dois (ou mais) pares de genes do inseto, que tais genes não estavam presentes em cromossomos diferentes, mas, sim, encontravam-se no mesmo cromossomo, ou seja, em linkage. Assim, houve a primeira constatação de que, nem sempre, a segunda Lei de Mendel era obedecida. Na imagem a seguir, o gene “A” está ligado ao gene “B” e o gene “a” está ligado ao gene “b”.

Figura 02 - Célula de um organismo diploide, duplo heterozigoto (AaBb), com genes ligados.

Figura 01 - T. H. Morgan (1866 -1945) constatou, por meio de cruzamentos realizados com a mosca Drosophila melanogaster que a segunda Lei de Mendel não é sempre válida.

120

Por meio dos estudos de Morgan, observou-se que, quando dois ou mais genes responsáveis por diferentes características estão localizados em um mesmo cromossomo, as proporções dos tipos de gametas formados nos indivíduos adquirem uma frequência fenotípica diferente das previstas nas proporções dos tipos de gametas estabelecidos por Mendel por meio da segunda Lei. Na segunda Lei, os diferentes genes não estão ligados, portanto, durante a meiose, os tipos de gametas são produzidos na mesma proporção, pois segregam-se independentemente. Em caso de dois genes ligados (A e B; a e b), como na célula ilustrada acima, durante a meiose, sem ocorrência de permutação, haverá formação de apenas dois tipos de gametas em proporção de 50% em cada tipo.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Genes independentes

Genes ligados AB

Metáfases possíveis a

A B

Aa Bb

a b

Metáfase

Gametas a

B AB

ab Gametas

Figura 03 - Gametas produzidos por meiose com segregação independente dos genes e gametas produzidos por meiose com genes ligados, sem ocorrência de permutação.

Já entre cromossomos homólogos, durante a meiose, há possibilidade de recombinação gênica - processo também denominado de crossing-over ou permutação. O segmento de um cromossomo pode permutar com o segmento correspondente no cromossomo homólogo. Assim, os genes contidos nesse segmento passam de um cromossomo para o seu homólogo. No caso de permutação entre o gene “B” e “b” (figura 02), por exemplo, ao final do processo teremos quatro tipos de gametas, formados em diferentes proporções. Observe os gametas a seguir e a respectiva frequência em que foram produzidos.

Gametas

Frequência

50%

Tabela 01 - Proporções dos tipos de gametas originados por meiose sem ocorrência de permutação.

A B

A a

B b

A a

B b

A b gametas de recombinação a

Figura 04 - Gametas produzidos por meiose com ocorrência de permutação.

Os gametas produzidos por meiose com permutação ocorrem com menor frequência e são chamados gametas recombinantes. Os gametas produzidos por meiose sem ocorrência de permutação são formados em maior quantidade e são chamados gametas parentais. Essa diferença na frequência de produção dos gametas parentais e recombinantes ocorre porque o fenômeno de permutação durante a meiose é relativamente raro. Se os genes ligados estiverem distantes ao longo do cromossomo, aumenta-se a possibilidade de ocorrer entre eles permutação. Caso contrário, quando os genes ligados estiverem muito próximos ao longo do cromossomo, diminui-se drasticamente a chance de ocorrência de evento como o crossing-over ou permutação.

Gametas

Frequência

49%

Tabela 02 - Proporções dos tipos de gametas originados por meiose com ocorrência de permutação.

121

C18  Genes ligados e mapas cromossômicos

Biologia

Cruzamentos efetuados por Morgan Como vimos anteriormente, por volta de 1911, T. H Morgan cruzou moscas Drosophila selvagens de corpo cinza e asas longas, com mutantes de corpo preto e asas curtas (chamadas de asas vestigiais). Todos os descendentes de F1 apresentavam corpo cinza e asas longas, atestando que o gene que condiciona corpo cinza (P) domina o que determina corpo preto (p), assim como o gene para asas longas (V) é dominante sobre o (v) que condiciona o surgimento de asas vestigiais. PPVV

ppvv

(mosca cinza com asas longas)

(mosca preta com asas vestigiais) F1: 100% PpVv 100% cinzas e asas longas

Mais adiante, Morgan cruzou descendentes de F1 com duplo-recessivos, ou seja, realizou cruzamento teste. Para o cientista, os resultados dos cruzamentos-teste poderiam revelar se os genes estavam localizados em cromossomos diferentes (segregação independente) ou em um mesmo cromossomo (linkage). PpVv P V

(cinza e asas longas)

p v

n n

P V

p v

P V

p v

Permutação

C18  Genes ligados e mapas cromossômicos

P v

P V

p v

Gameta Parental

p V

Gametas Recombinantaes (8,5% + 8,5%)

p v Gameta Parental

Figura 05 - Gametas produzidos por meiose na mosca duplo heterozigota (PpVv) com ocorrência de permutação.

122

41,5% de moscas com o corpo cinza e asas longas; 41,5% de moscas com o corpo preto e asas vestigiais; 8,5% de moscas com o corpo preto e asas longas; 8,5% de moscas com o corpo cinza e asas vestigiais.

Ao analisar o resultado, o cientista convenceu-se de que os genes P e V localizavam-se no mesmo cromossomo. Mas, caso estivessem localizados em cromossomos diferentes, a proporção esperada seria 25% para moscas cinza de asas longas, 25% de moscas pretas de asas longas, 25% de moscas cinza de asas vestigiais, 25% de moscas pretas de asas vestigiais (1: 1: 1: 1).

Taxa de recombinação ou permutação

2a divisão

P v

(preta e asas vestigiais)

O geneticista também concluiu que a mosca duplo heterozigota, durante a produção de gametas, na meiose, gerou gametas recombinantes, ou seja, gametas que resultaram da meiose com permutação. Esses gametas recombinantes, quando fecundados, geraram descendentes pretos com asas grandes e também descendentes cinza com asas vestigiais. Observe a imagem ao lado.

1a divisão

P V

ppvv

Surpreendentemente, a contagem dos descendentes de F2 revelou o seguinte resultado: n

P V

A porcentagem de gametas recombinantes corresponde ao que se chama de taxa de permutação ou taxa de recombinação. Portanto, a taxa de recombinação entre o gene para cor do corpo e para o tipo de asada mosca Drosophila é de 17%, ou seja, 8,5% +8,5% (figura 05).

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Heterozigotos Cis e Trans As moscas de Morgan, obtidas na geração F1, eram fenotipicamente cinzas e com asas longas, porém, duplo heterozigotas. Elas tinham um arranjo CIS, isto é, os alelos dominantes para cor e tipo de asas estavam localizados no mesmo cromossomo. No cromossomo homólogo, estavam os dois alelos recessivos para cor e tipo de asas. Ainda a partir do exemplo da Drosophila, é possível obter outro arranjo em moscas duplo heterozigotas - o arranjo TRANS. Nesse caso, um cromossomo carrega o alelo dominante para cor e o alelo recessivo para o tipo de asa. No cromossomo homólogo, ocorre o contrário – um alelo recessivo para cor e o alelo dominante para o tipo da asa. Podemos descrever esses arranjos cromossômicos, usando um traço duplo ou simples ou, mais simplificadamente, dizendo que o arranjo pode ser descrito como AB/ab para Cis e Ab/aB para trans. Observe, a seguir, os tipos de arranjos possíveis em duplo heterozigotos. Posição cis

Posição trans

PV/pv

Pv/pV

Figura 06 - Arranjo CIS e TRANS em indivíduo duplo-heterozigotos.

Uma estratégia utilizada para descobrir se indivíduo duplo-heterozigoto possui arranjo CIS ou TRANS é o cruzamento teste. O duplo-heterozigoto é cruzado com um indivíduo duplo recessivo. Caso na descendência apresente um percentual maior de indivíduos portadores de uma característica dominante combinada com uma característica recessiva, como cor preta e asas longas, é conclusivo que o genitor duplo heterozigoto tinha arranjo TRANS. Caso na descendência apresente um percentual maior de indivíduos portadores de duas características dominantes simultaneamente, como cor cinza e asas longas, é conclusivo que o genitor duplo heterozigoto tinha arranjo CIS.

Mapas cromossômicos C18  Genes ligados e mapas cromossômicos

O cromossomo é uma sequência linear de genes. Quanto mais distantes os genes estiverem em um cromossomo maior a chance de ocorrer permuta em pontos localizados entre eles. Assim, a taxa de recombinação entre dois genes é utilizada para projetar a distância entre eles. Isso quer dizer que a taxa de recombinação revela a proximidade ou o afastamento entre esses genes ao longo do cromossomo. A unidade de distância entre genes é a UR (unidade de recombinação) ou centimorgan (cM,em homenagem ao geneticista Thomas Morgan). No exemplo anterior, a taxa de recombinação entre o gene para cor do corpo e para o tipo de asada mosca Drosophila é de 17%, portanto, a distância entre os dois genes citados é de 17 UR ou 17 centimorgan. Porém, não se trata de uma distância absoluta, como o comprimento de um objeto, mas um valor relativo, útil para se mapear os cromossomos.

123

Biologia

Posicionamento dos genes nos cromossomos Chamamos de mapa genético, mapa cromossômico ou mapa de ligação, a representação gráfica das distâncias entre genes e suas posições relativas em um cromossomo. Essa distância é calculada a partir da porcentagem de permutações (porcentagens de genes recombinantes produzidos em cruzamentos) – ou taxa de crossing-over entre eles. Quanto maior for a taxa de recombinação gênica, maior será a distância entre os genes e vice-versa. Considerando os genes ligados p, v e r, relacionados à mosca Drosophila, a cor do corpo, tipo de asas e cor dos olhos, respectivamente, qual seria a ordem deles no cromossomo da Drosophila (prv?rpv? rvp?). Se observarmos as frequências de recombinação entre os genes ligados (pv, vr, pr), podemos descobrir quais genes ficam mais distantes e qual gene encontra-se no meio. Especificamente, os dois genes com a maior frequência de recombinação devem estar nas extremidades. Observe a tabela. Genes

Taxa de recombinação

Distância

p–v

17%

17 UR

p–r

9 UR

r–v

8 UR

Tabela 03 - Taxa de recombinação e distâncias entre os genes p, v e r em linkage no cromossomo da mosca Drosophila.

A sequência dos genes p, v e r, ao longo do cromossomo da Drosophila, é: prv. Observe a figura a seguir.

9 UR

17 UR

C18  Genes ligados e mapas cromossômicos

8 UR

Figura 07 - Mapa cromossômico da Drosophila: prv.

124

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

SAIBA MAIS O QUE É O MAPEAMENTO GENÉTICO? Os mapas genéticos de uma espécie, também denominados de mapas cromossômicos, têm por finalidade representaras posições e as distâncias relativas dos genes ao longo da molécula de DNA ou do cromossomo. Para a elaboração de um mapa genético, são considerados os seguintes fatores: a taxa de recombinação entre genes ligados e a linearidade dos genes no filamento cromossômico. Hemofilia A

Hemofilia B Síndrome de lesh-Nyhana

Doença de Fabry

ALD (Adrenoleucodistrofia) Miopa as

Anemia hemolí ca

Trisomia Esclerose lateral amiotrófica

Hemofilia Neurofibromatosis, po 2

Gaucher

Câncer familiar de colon

Re nis pigmentaria Hun ngton

Deficiência de ADA

Polipose adenomatosa familiar Hemocromatose

Hipercolesteroema familiar

Re ni s

Ataxia medulocerebelosa

Distrofia miotónica

pigmentaria

Fibrose cís ca

Amiloidose

Distrofia

Osteocondromatose múl pla

Câncer de mama

muscular Melanoma maligno

Nefrite

Neoplasia endocrina múl pla, po 2

Tay-Sachs Alzheimer

Figura 08 - Mapeamento do cromossomo X humano.

Fenilcetonúria Anemia falciforme Re noblastoma

Figura 09 - Mapa genético humano, com algumas das doenças genéticas conhecidas.

C18  Genes ligados e mapas cromossômicos

A possibilidade de mapeamento e localização dos genes em testes genéticos foi um dos principais objetivos do projeto Genoma Humano, fundado em 1990 e concluído em 2003. Hoje, o mapeamento pode ser utilizado para encontrar genes responsáveis por doenças hereditárias, podendo auxiliar em um diagnóstico precoce. Assim, os genes já mapeados relacionados à maior suscetibilidade ao câncer, por exemplo, podem ser reconhecidos por meio de testes genéticos em indivíduos que vão iniciar precocemente o tratamento, ampliando consideravelmente a chance de cura.

125

Biologia

Exercícios de Fixação 01. (Unicamp SP) Considere um indivíduo heterozigoto para dois locos gênicos que estão em linkage, ou seja, não apresentam segregação independente. A representação esquemática dos cromossomos presentes em uma de suas células somáticas em divisão mitótica é: a)

C18  Genes ligados e mapas cromossômicos

Asas ves giais vv

Corpo escuro ee

Admitindo-se que não ocorreu permutação entre os alelos, espera-se que o número de descendentes selvagens; com asas vestigiais; com corpo escuro; e com asas vestigiais e corpo escuro seja, respectivamente, em torno de a) 3 600; 450; 450 e 300. b) 2 700; 900; 900 e 300. c) 2 400; 0; 0 e 2 400. d) 2 400; 1 200; 1 200 e 0. e) 1 200; 1 200, 1 200 e 1 200.

02. (Acafe) Um cruzamento entre uma fêmea duploheterozigota (AaBb) com um macho duplo recessivo revelou a seguinte proporção genotípica entre os descendentes: 40% AaBb, 40% aabb, 10% Aabb, 10% aaBb. Assim, assinale a alternativa correta. a) Não há evidência que tenha ocorrido permutação na formação dos gametas. b) A segregação observada dos genes está de acordo com a Segunda Lei de Mendel. c) Os resultados indicam que os genes estão em ligação, a uma distância de 20 UR. d) O arranjo dos genes alelos na fêmea é trans (AB/ab). 03. Em experimentos envolvendo cruzamentos de moscas Drosophila melanogaster, cujos alelos apresentam ligação gênica, estudantes analisaram insetos selvagens, insetos com asas vestigiais e insetos com corpo escuro. As características fenotípicas e genotípicas estão ilustradas no quadro a seguir. O cruzamento entre moscas duploheterozigotas, VE/ve, com duplo recessivas, ve/ve, para essas características gerou cerca de 4 800 descendentes.

126

Selvagem V_E_

04. (PUC SP) O cruzamento entre um heterozigoto AaBb e um homozigoto recessivo aabb produziu uma descendência com as seguintes taxas: AaBb – 2,5% Aabb – 47,5% aaBb – 47,5% aabb – 2,5% Em relação ao resultado obtido, foram feitas cinco afirmações. Assinale a única INCORRETA. a) O resultado não está de acordo com a segunda lei de Mendel. b) No caso de herança mendeliana, o resultado esperado seria de 25% para cada classe de descendente. c) Os genes em questão localizam-se no mesmo cromossomo, a uma distância de 5 unidades de recombinação. d) O heterozigoto utilizado no cruzamento produziu gametas Ab e aB por permutação ou crossing-over. e) O heterozigoto utilizado no cruzamento apresenta constituição TRANS. 05. (UERN) O termo albinismo refere-se a um conjunto de condições hereditárias que levam as pessoas afetadas a ter pouca ou nenhuma pigmentação nas estruturas de origem epidérmica. O albinismo tipo 1 e condicionado por um alelo mutante localizado no cromossomo 11 humano, que codifica a enzima tirosinase, a qual atua na transformação da tirosina em melanina. A descoberta da localização do gene causador do albinismo no cromossomo 11 humano se deve ao(a) a) técnica do DNA recombinante. b) clonagem terapêutica. c) projeto Genoma Humano. d) exame laboratorial do DNA.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios Complementares 01. (PUC PR) Suponha a existência de dois genes, A e B, localizados no mesmo cromossomo e com frequência de permuta de 16%. Do cruzamento de um macho di-híbrido com genótipo cis com uma fêmea aabb, qual a frequência esperada, na primeira geração filial, de indivíduos com o genótipo aabb? a) 8% b) 16% c) 42% d) 64% e) 84%

03. (UDESC)A Drosophila melanogaster (mosca de frutas) possui em um dos seus cromossomos dois genes (A e B) que se encontram a uma distância de 28 U.R (Unidades de recombinação). Considere um macho desta espécie com o genótipo AaBb em posição trans. Espera-se que ele produza espermatozoides com os genes AB, em um percentual de: a) 33% b) 25% c) 50% d) 75% e) 14% 04. (UEG GO) O processo de divisão celular é extremamente importante nos processos biológicos. Durante a prófase da primeira divisão da meiose, os cromossomos homólogos podem passar por permutações entre si (recombinação ou crossing over), gerando gametas com uma combinação de alelos diferentes das combinações existentes nos cromossomos dos pais. A soma desses recombinantes é chamada de taxa ou frequência de recombinação. A figura a seguir exemplifica um caso de três genes (A, B e C) situados em um par de cromossomos homólogos.

C Par de homólogos

Sobre as taxas de recombinação entre esses loci, verifica-se que a taxa de recombinação entre a) A, B e C é randomizada e inespecífica. b) A e C é maior que entre A e B. c) A e B é equivalente à taxa entre B e C. d) A e B é menor que entre B e C. 05. (Unicamp SP) Considere um indivíduo heterozigoto para três genes. Os alelos dominantes A e B estão no mesmo cromossomo. O gene C tem segregação independente dos outros dois genes. Se não houver crossing-over durante a meiose, a frequência esperada de gametas com genótipo abc produzidos por esse indivíduo é de a) 1/2. c) 1/6. b) 1/4. d) 1/8. 06. (UFPE) Dois fenótipos de interesse econômico, em milho, são determinados, respectivamente, pelos locos A e B, ambos com dominância completa. Plantas homozigóticas, fenotipicamente (AB), foram cruzadas com plantas de fenótipo (ab). A F1, fenotipicamente (AB), foi retrocruzada com o pai duplo-recessivo, obtendo-se uma F2 como mostrado no quadro. Analise as proposições a seguir quanto à correção. P

(AB) X (ab)

(AB)

Retrocruzamento da F1

(AB) x (ab)

(AB) 35%

(Ab) 15%

(aB) 15%

(ab) 35%

( ) Trata-se de um caso de ligação gênica. A geração P é genotipicamente (AB//AB) x (ab//ab). ( ) Em 60% das células formadoras de gametas da F1, ocorreu permutação entre os locos A e B. ( ) A taxa de recombinação no caso mostrado é de 30%. ( ) Os locos A e B distam entre si de 35 unidades de mapa. ( ) Em 35% das células gaméticas da F1 ocorreu recombinação. V - V - V - F - F

127

C18  Genes ligados e mapas cromossômicos

02. (UEM) Assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 01. A propriedade de produzir gametas com recombinações de alelos diferentes das que foram recebidas dos pais é resultante da epistasia, que influencia mais de uma característica no indivíduo. 02. Unidades de recombinação expressam a unidade de distância entre os loci gênicos no cromossomo. 04. Mapa cromossômico é a representação gráfica das posições dos genes e suas distâncias relativas em um cromossomo. 08. A troca de pedaços entre duas cromátides-irmãs na meiose é chamada ligação gênica. 16. Linkage é o termo utilizado para definir troca de cromossomos entre genes homólogos.

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C19

ERROS INATOS DO METABOLISMO

ASSUNTOS ABORDADOS

No início do século XX, o médico inglês, Archibald E. Garrod (1857-1936), ao estudar uma doença denominada alcaptonúria, concluiu que tal enfermidade era provocada pela ausência de uma reação que convertia uma substância, a alcaptona, em subprodutos. Após relacionar a ausência dessa reação à falta de uma enzima específica, o médico também atribuiu a doença a um gene defeituoso como responsável pela inexistência da enzima no organismo do paciente.

n Erros Inatos do Metabolismo n Manifestações clínicas n O Modo de ação dos genes

Essa associação (gene defeituoso e ausência de enzima), definiu o marco nas investigações das doenças genéticas e evidenciou o papel dos genes no metabolismo celular, considerando que todos os processos bioquímicos do organismo ocorrem sob controle gênico e, por isso, mutações gênicas levariam a rotas bioquímicas deficientes. Décadas depois, em 1941, o biólogo e geneticista estadunidense, George W.Beable (1903-1989), e o microbiologista, Edward L.Tatum (1909-1975), utilizaram fungos conhecidos como bolor róseo de pão (Neurospora crassa), os colocaram em um meio de cultura e verificaram o perfeito crescimento desse bolor. Estava claro, assim, que esses organismos produziam todas as enzimas e a partir delas, todas as substâncias necessárias para seu metabolismo normal. Esses organismos fúngicos foram semeados em um meio de cultura relativamente simples: açúcar, sais minerais e biotina - o que ficou conhecido como meio mínimo. Para entender como o funcionamento de um gene influenciava na presença de uma enzima, os pesquisadores expuseram os fungos a radiação com o objetivo de induzir mutações no material genético e os colocaram em tubos de ensaio com meios de cultura mínimos acrescidos de apenas um aminoácido necessário ao desenvolvimento do bolor. O fungo Neurospora foi escolhido por ser haploide, assim, um mutante para determinado gene só poderia sobreviver se fosse acrescentado no meio mínimo o aminoácido que ele não conseguia sintetizar pela falta da enzima específica. Os pesquisadores concluíram a partir desses experimentos que, o gene que sofreu mutação, pela radiação, se tornou defeituoso e por isso meio meio meio não mais promovia a síntese correta da (d) completo mínimo + mínimo enzima responsável pela síntese de um aminoácidos controle controle determinado aminoácido.

(a) Raio X linhagem original esporos irradiados

(b) meio completo

sem crescimento

Figura 01 - Experimento de Beable e Tatum com linhagem mutante de fungo.

128

Triptofano Prolina Arginina

Leucina Isoleucina Valina Me onina Serina Tirosina

Glicina Alanina

(e)

Como as enzimas são proteínas, esse experimento levou os pesquisadores a concluírem que cada gene de um organismo é responsável por produzir uma proteína, ou seja, o produto de um gene sempre será uma proteína. Se aquele gene não for funcional, a proteína não será produzida ou será produzida de maneira defeituosa.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Quando se descobriu que uma proteína podia ser formada por mais de uma cadeia polipeptídica, visto que cada cadeia polipeptídica era produto de um gene diferente, a teoria tornou-se ainda mais abrangente e passou a ser denominada teoria “um gene, um polipeptídeo”. A hemoglobina, por exemplo, é uma proteína estruturada com a associação de quatro cadeias polipeptídicas. Duas delas são cadeias alfa, e as outras duas são cadeias beta. Para a produção da hemoglobina, estão envolvidos dois genes distintos: um gene que codifica o polipeptídeo alfa e um gene que codifica o polipeptídeo beta. A partir da década de 50, os estudos de genética constataram que a ação do gene ocorre através de uma molécula intermediária, o RNA. As moléculas de RNA são transcritas do segmento de DNA correspondente ao gene e se deslocam para os ribossomos da célula onde operacionalizam a síntese de polipeptídeos os quais podem ser proteínas estruturais, anticorpo, enzimas ou hormônios. Gene (DNA)

RNA

polipep deos(ribossomos)

Manifestações clínicas Os genes definem e regulam o metabolismo celular. Doenças genéticas humanas como fenilcetonúria, alcaptonúria e hipopigmentação na pele - o albinismo– demonstram, claramente, a função do gene na geração de enzimas. Nos três casos, o aminoácido fenilalanina (FEN), obtido por meio da dieta, está envolvido nas manifestações clínicas comuns aos casos. O aminoácido FEN excedente no organismo é metabolizado nas células humanas, na presença das enzimas específicas. A falta de uma dessas enzimas promove o acúmulo desse aminoácido no sangue, produzindo alterações no desenvolvimento neurológico das crianças e deficiência na síntese de outro aminoácido, a tirosina. A redução do consumo de alimentos contendo FEN é necessária para evitar os sintomas da fenilcetunúria, e a retirada desses alimentos deve acontecer até os 06 (seis) primeiros anos, período quando o sistema nervoso central está se formando. O diagnóstico é realizado por meio do teste do pezinho que acusa a falta dessa enzima fenilalanina hidroxilasa no plasma (soro).

Proteína

Fenilcetonúria

Fenilalanina

Tirosina

Ácido fenilpirúvico

C19  Erros Inatos do Metabolismo

Fenilalanina hidroxilase

Ausência da enzima

Figura 02 - Fenilcetonúria: Ausência da biossíntese da tirosina.

No caso do albinismo, condição genética decorrente da ausência da enzima que desdobra a tirosina em melanina, a pele despigmentada tem mais chance de desenvolver doenças de pele como o câncer, já que não possui a melanina, proteção natural contra os raios solares.

129

Biologia

O Modo de ação dos genes Tirosina

Tirosinase Albinismo Dopa Tirosinase

DOPAquinona

DOPAcromo

DOPAcistéina

Feomelamina

DHI

DHICA

Eumalanina

Ao longo das moléculas de DNA, existem segmentos que contêm a informação completa para síntese de um polipeptídeo. Cada um desses segmentos é um gene transcrito em molécula de RNA mensageiro, cuja molécula é intermediária entre o gene e a proteína (polipeptídeo). No gene, há uma sequência específica de nucleotídeos, chamada região promotora ou gene promotor. Essa região define o local do início da transcrição por meio da ligação da enzima RNA polimerase que catalisa a síntese do RNA. Essa é, portanto, a enzima da transcrição. No final do gene, existe uma sequência específica de nucleotídeos que desliga a RNA polimerase- é a sequência de término de transcrição. Nos procariontes, todo o DNA é codificante, ou seja, é transcrito em RNA, seja mensageiro, transportador ou ribossômico. Nos eucariontes, parte do DNA nunca é transcrito em RNA. Esse DNA não codificante é, muitas vezes, nomeado inadequadamente de DNA lixo e corresponde a 97%, aproximadamente, do DNA nuclear. Suspeita-se que, ao longo da evolução, acréscimos genômicos podem ter resultado nesse conjunto de moléculas que hoje é só parcialmente transcrito. Nos organismos ancestrais, esse DNA pode ter sido codificante, contendo informações genéticas determinantes para o seu metabolismo e sobrevivência.

Ausência da enzima

Cada tipo celular é programado para expressar apenas algumas das suas proteínas. Regulação gênica é o processo de controle dos genes Figura 03 - Albinismo: Ausência da tirosinase, enzima importante no DNA da célula que são expressos, isto é, usados para produzir um na biossíntese da melanina. produto funcional como uma proteína. Diferentes células em um organismo multicelular podem expressar conjuntos de genes muito diferentes, apesar de possuírem o mesmo DNA. Além disso, a célula tem mecanismos para reprimir a transcrição de genes de polipeptídeos que não são necessários e ativar a transcrição desses genes quando o polipeptídeo é necessário. Outro fator importante é que sinais químicos intracelulares e até ambientais modulam a produção de polipeptídeos na célula. Exemplo de regulação gênica: sistema Operon lac de Escherichia coli Em bactérias da espécie Escherichia coli, existe um sistema de regulação da transcrição de genes relacionados à absorção e metabolismo da lactose, um dissacarídeo formado por uma unidade de glicose e uma unidade de galactose. Na molécula de DNA dessa bactéria, há uma sequência de genes denominados promotor, operador, lac Z, lac Y e lac A. O gene lac Z codifica uma proteína que decompõe a lactose em monossacarídeos que serão, efetivamente, usados como moléculas combustíveis. O gene lac Y codifica uma enzima que faz a absorção da lactose pela membrana da célula bacteriana. O gene lac A ainda tem função não bem esclarecida. Esses três genes estão lado a lado na fita do DNA bacteriano e são transcritos em uma única molécula de RNA mensageiro. O gene promotor, no início da sequência dos genes, é o local em que a enzima RNA polimerase se liga para iniciar a transcrição dos genes lac Z e lac Y. Ao lado do gene promotor, localiza-se o gene operador que permite a conexão com uma proteína repressora lac.

C19  Erros Inatos do Metabolismo

Esse conjunto de genes é conhecido como operon lac e pertence ao genoma da Escherichia coli. Para o funcionamento do Operon é necessário que haja falta de glicose (monossacarídeo) e a presença da lactose na glicose, pois, assim, a célula bacteriana, preferencialmente, vai consumi-la e não vai acionar recursos para obter e degradar lactose. Região reguladora

Genes estruturais

Promotor- Operador P

LacZ Óperon Lac

Figura 04 - Esquema ilustrando o operon lac nas bactérias.

130

LacY

LacA

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Genes estruturais lacZ

lacY

lacA

Transcrição mRNA policistrônico Ribossomo Movendo-se ao longo do mRNA

Tradução

Proteínas

β - galactosidase Permease

Transace lase

Figura 05 - Mecanismo de expressão dos genes estruturais do operon lac.

Ausência de lactose

Todavia, na ausência de lactose, esse sistema não é ativado, pois a proteína repressora lac se liga ao gene operador, impedindo a transcrição dos genes lac Z e lac Y e não há produção das enzimas relacionadas à lactose. A célula é um sistema otimizado e evita o gasto com recursos não necessários. Na presença de lactose, ocorre também um isômero chamado alolactose. Essa molécula se liga à proteína repressora lac, impedindo sua interação com o gene operador. Assim, a região promotora do operon é liberada e são produzidos os RNAs mensageiros das enzimas relacionadas ao metabolismo da lactose.

repressor lac A vo Ausência de RNAm de Iac Presença de lactose p

repressor lac Ina vo

Regulação Gênica em Eucariontes Enzimas bacterianas Figura 06 - Sistema operon lac da Escherichia coli na ausência e presença de lactose. C19  Erros Inatos do Metabolismo

Em eucariontes, como os humanos, a expressão gênica envolve várias etapas e a regulação de genes pode acontecer em várias etapas diferentes. Etapa 1: acessibilidade da cromatina

A estrutura da cromatina, heterocromatina ou eucromatina é um mecanismo que regula a expressão de genes. Uma cromatina mais aberta ou “relaxada” (eucromatina) faz com que o gene esteja mais disponível para a transcrição e, posteriormente, tradução. Na heterocromatina, não é possível a ocorrência de transcrição, pois o DNA está mais compactado.

131

Biologia

Etapa 2: transcrição. Embora todos os estágios da expressão gênica possam ser regulados, o principal ponto de controle para muitos genes é a transcrição. A regulação gênica, durante a transcrição, relaciona-se a sinais químicos externos. Por exemplo, o fator de crescimento é um sinal químico proveniente de células vizinhas que instrui a célula-alvo a crescer e dividir. A célula detecta o fator de crescimento por meio de uma ligação física entre o fator de crescimento e o receptor proteico na superfície da célula. A ligação do fator de crescimento faz com que o receptor mude de forma, desencadeando uma série de eventos químicos na célula que ativam proteínas denominadas fatores de transcrição. Conjuntos de proteínas de fator de transcrição se ligam a sequências de DNA específicas dentro ou perto de um gene, promovendo ou reprimindo sua transcrição para RNA mensageiros que codificam proteínas relacionadas à divisão celular. Etapa 3: regulação pós transcricional. A regulação pós-transcricional está ligado ao processamento do pré-RNA mensageiro, uma vez que essa molécula precisa passar por modificações para se tornar ativa na célula. O pré-RNAm tem que passar por algumas modificações para tornar-se uma molécula madura que pode deixar o núcleo e ser traduzida. A maioria das moléculas de pré-RNAm tem seções que são removidas da molécula, chamadas íntrons, e seções que são ligadas entre si para fazer o RNAm final, chamadas éxons. Esse processamento do RNA é chamado splicing. Ocorre no núcleo e é bastante complexo, já que a molécula de RNA deve ser clivada em locais exatos e os éxons devem ser unidos também de maneira exata. Gene em mosaico Éxon

Íntron

Transcrição

pré-RNAm

Éxons e íntrons Splicing

RNAm funcional (somente éxons)

Tradução

Íntrons descartados Proteína

Figura 07 - Processamento do pré-RNAm em uma molécula de RNA mensageiro.

C19  Erros Inatos do Metabolismo

No processamento conhecido por splicing alternativo, diferentes rearranjos entre a união de éxons de um mesmo pré-RNA podem ser utilizados na produção de diferentes RNAs maduros e, assim, gerar proteínas distintas a partir de um único gene, caso essas variações encontrem-se em regiões codificantes. Dessa forma, o splicing alternativo pode levar a um grande aumento na diversidade de proteínas. O splicing alternativo não é um processo aleatório, mas tipicamente controlado por proteínas reguladoras. As proteínas, ao ligarem-se a locais específicos do pré-RNAm, ”revelam” aos fatores de splicing quais éxons devem ser usados. Nesse processo, diferentes tipos de células podem expressar diferentes proteínas reguladoras com diferentes combinações de éxons que podem ser usadas em cada tipo de célula, levando à produção de proteínas diferentes.

132

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

DNA RNA

Éxon 1

Éxon 2

Éxon 3

Éxon 4

Éxon 5

Éxon 1

Éxon 2

Éxon 3

Éxon 4

Éxon 5

Splicing alterna vo mRNA

4 5

Tradução

Proteína A

4 5

Tradução

Proteína B

Proteína C

Etapa 4: pequenos RNAs reguladores Quando um RNAm deixa o núcleo, ele pode ou não ser traduzido para produzir proteínas. Dois fatores são determinantes para a quantidade de proteína a ser feita por um RNAm: seu “tempo de vida” (quanto tempo ele vai permanecer no citosol) e quão prontamente a máquina da tradução, como o ribossomo, pode se ligar a ele. Uma classe de reguladores, chamada pequenos RNAs reguladores (microRNAs), pode controlar o tempo de vida e tradução do RNAm. Portanto, esse mecanismo é um tipo regulação pós-transcricional da expressão gênica. Os microRNAs são pequenas moléculas de ácido ribonucleico (RNA), com cerca de 22 nucleotídeos, que atuam como reguladores da expressão gênica em plantas e animais, ao nível pós-transcricional através da clivagem de um RNA mensageiro (mRNA) alvo, gerando sua degradação e, automaticamente, impedindo a tradução. O microRNA pode, também, ligar-se ao RNA mensageiro (mRNA) alvo e bloquear a tradução. Etapa 5: Regulação pós-traducional A atividade de uma proteína pode ser regulada após a tradução por meio de alterações na sua estrutura, que irão modificar a atividade da célula. Algumas dessas modificações são: adição de novos grupos funcionais (grupos heme, acetato ou sulfato) ou de cadeias de carboidratos e/ou lipídeos. Essas alterações químicas podem modificar a hidrofobicidade de uma proteína e determinar a sua localização celular. Outras modificações, como a fosforilação, fazem parte de um sistema que controla o comportamento proteico, ativando ou inativando uma enzima amplamente utilizada pela célula.

01. Alcaptonúria, fenilcetonúria e albinismo tipo 1 são doenças resultantes de alterações no metabolismo chamadas erros inatos do metabolismo porque a) são doenças genéticas em que o portador já nasce com o fenótipo alterado. b) não são doenças genéticas, mas derivadas da ausência de enzimas metabólicas. c) são doenças genéticas derivadas da ausência de enzimas metabólicas.

d) as pessoas portadoras dessas doenças nascem com o fenótipo alterado, mas a causa pode ser genética ou não. 02. A sequência de bases nitrogenadas do DNA à qual se liga a RNA polimerase, para iniciar a síntese de RNA, é chamada de a) Anticódon. b) Códon. c) Região promotora. d) Sequência de término de transcrição.

133

C19  Erros Inatos do Metabolismo

Exercícios de Fixação

Biologia

03. (UERJ) Células-tronco são células não especializadas que têm potencial de diferenciação, ou seja, em condições favoráveis, são capazes de gerar células especializadas e de diferentes tecidos. Para que essa diferenciação ocorra, as células-tronco têm de alterar necessariamente o seguinte padrão do seu metabolismo: a) expressão gênica. b) número de cromossomos. c) quantidade de mitocôndrias. d) atividade dos fosfolipídios da membrana. 04. (UFRGS) O dogma central da biologia molecular refere-se ao sentido do fluxo de informação genética nos seres vivos, o qual está representado a seguir. I II DNA → RNA → Proteína Assinale com V (verdadeiro) ou F (falso) as afirmações adiante, relacionadas aos processos indicados pelos números I e II. ( ) Em I, a RNA-polimerase liga-se a uma sequência especial de DNA, denominada sítio promotor. ( ) Em I, a fita de DNA que é molde para um gene pode ser complementar para outro gene. ( ) Em II, um determinado ribossomo é específico para a produção de uma determinada proteína. ( ) Em II, a formação de polissomos aumenta a taxa de síntese proteica. A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é

a) F - F - F - V. b) V - V - F - V. c) F - V - F - F.

d) V - F - V - V. e) V - F - V - F.

05. (G1 - ifba) No corpo humano, existem muitos grupos celulares, tais como células sanguíneas, células nervosas, células epiteliais, entre outras. Estas células possuem funções diferentes e utilizam em seus processos metabólicos proteínas e enzimas distintas. De acordo com tais afirmações, responda: qual seria a explicação para esta diferenciação celular? Escolha a alternativa que contém a resposta correta. a) Os diversos grupos celulares possuem informações genéticas diferentes, por isso possuem esta diversidade de formas, funções e proteínas e enzimas. b) Apenas as células nervosas possuem informações genéticas diferentes, pois possuem funções muito complexas e formato muito diverso em relação aos outros grupos celulares. c) Os diversos grupos celulares possuem informações genéticas iguais, porém há um controle sobre a expressão gênica em cada um. d) No desenvolvimento embrionário, apenas as primeiras células possuem informações genéticas iguais. Na fase de diferenciação celular, como demonstra o nome da fase, os grupos de células diferenciam as informações genéticas. e) Apenas as células-tronco embrionárias possuem informações genéticas iguais, pois são capazes de originar todos os tecidos e órgãos do corpo humano.

Exercícios Complementares 01. (UFRGS) Considere a rota metabólica que produz o aminoácido arginina na figura adiante. enzima 1 precursores

enzima 2 orni na

enzima 3 citrulina

arginina

C19  Erros Inatos do Metabolismo

Linhagens Meios de cultivo

III

Com ornitina

Cresceu

Não cresceu

Com citrulina

Cresceu

Não cresceu

Com arginina

Cresceu

Em um experimento, três linhagens de bactérias foram irradiadas com raios X, que causaram mutações nos genes envolvidos na rota metabólica acima representada. Para descobrir quais enzimas da rota metabólica foram afetadas, as três linhagens foram cultivadas em meios suplementados com ornitina, citrulina e arginina, obtendo-se o resultado mostrado na tabela acima:

134

Sobre esse experimento, podemos afirmar que a) o gene que codifica a enzima 1 na linhagem I foi afetado. b) o gene que codifica a enzima 2 na linhagem I foi afetado. c) o gene que codifica a enzima 3 na linhagem II foi afetado. d) o gene que codifica a enzima 1 na linhagem II foi afetado. e) o gene que codifica a enzima 3 na linhagem III foi afetado. 02. (PUCRJ) A interação do DNA com as proteínas histonas é responsável pelo enovelamento e compactação do DNA nos núcleos das células eucarióticas, funcionando também como uma forma de regular a expressão gênica. Dois tipos celulares (por exemplo, linfócitos e neurônios) oriundos de um mesmo organismo não são iguais porque diferem a) nos ribossomos. b) nos cromossomos. c) nas proteínas histonas. d) nas sequências das moléculas de DNA. e) nas moléculas de RNA mensageiro produzidas.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

gene I enzima I

gene II

gene III

enzima II

enzima III Hormônio 1

aminoácido 1

aminoácido 2

aminoácido 3

c) Os íntrons são exemplos de RNA não-codificador, e nos éxons estão presentes sequências codificadoras. d) Sequências transcritas, mas não traduzidas, poderiam desempenhar alguma função no núcleo celular. 05. (Unesp ) O esquema representa alguns passos de uma série de reações metabólicas, onde quatro genes, I, II, III e IV, produzem quatro tipos diferentes de enzimas, 1, 2, 3 e 4, transformando o aminoácido fenilalanina em quatro possíveis substâncias.

Hormônio 2 enzima III

gene II gene I

adrenalina

enzima 1

gene III

A respeito deste esquema são feitas as seguintes afirmações: I. Um indivíduo com a enzima 1 inibida acumulará grandes quantidades de aminoácido 3. II Um indivíduo com a enzima 1 inibida deixa de produzir as enzimas 2 e 3. III . Um indivíduo com a enzima 1 inibida precisa receber os hormônios 1 e 2 de fontes externas. Quais estão corretas? a) Apenas I. b) Apenas II. c) Apenas III. d) Apenas I e II. e) Apenas II e III. 04. (PUCMG) Os gráficos a seguir revelam o NÚMERO DE GENES e a relação entre RNA CODIFICADOR (que contém as sequências que podem ser traduzidas em proteínas) e RNA não codificador (sequências que são transcritas, mas não são traduzidas em proteínas) de seis espécies de organismos.

40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000

I II III IV V VI I - Mosca Drosophila melanogaster II - Verme Cenorhabdi s elegans III- Protozoário Trypanosoma cruzi IV- Camundongo Mus musculus V- Homem Homo sapiens VI- Arroz Oriza sa va

Gráfico B Fração do Genoma transcri va (%)

Número de Genes

Gráfico A 60 50 40 30 20 10 0

enzima 2

Legenda para o Gráfico B - RNA codificador - RNA não codificador

Analisando os resultados anteriores de acordo com seus conhecimentos sobre o assunto, é correto afirmar, EXCETO: a) Não existe uma relação de proporcionalidade direta absoluta entre o número de genes e a complexidade dos organismos relacionados. b) Os vertebrados citados apresentam menor percentual de transcrição em relação aos outros animais.

fenilalanina

enzima 3

rosina

melanina

roxina gene IV

enzima 4

Um indivíduo tem anomalias na pigmentação do corpo e seu metabolismo é prejudicado pela falta do hormônio da tireoide. O funcionamento das glândulas suprarrenais, porém, é normal. De acordo com o esquema, os sintomas que o indivíduo apresenta ocorrem devido às alterações a) no gene I, somente. b) nos genes I e II, somente. c) nos genes I e III, somente. d) nos genes II e III, somente. e) nos genes III e IV, somente. 06. (Fuvest SP) Certos mutantes nutricionais do fungo Neurospora só conseguem crescer quando aminoácidos são adicionados ao meio de cultura. Na tabela a seguir, o sinal (+) significa crescimento, e o sinal (-) significa ausência de crescimento. Mutante

Meio simples

Meio simples de ornitina

Meio simples mais citrulina

Meio simples mais arginina

Sabe-se que as etapas que levam à síntese da arginina são: substrato→ (gene1) → ornitina → (gene2) → citrulina → (gene3) → arginina Supondo que em cada mutante há apenas um gene alterado, explique o porquê do mutante Z só crescer quando se adiciona arginina ao meio de cultura. Cada mutante possui um gene alterado. Z só cresce em meio com arginina, logo apenas o gene 3 do mutante Z apresenta alteração.

135

C19  Erros Inatos do Metabolismo

03. (UFRGS) O esquema a seguir mostra a via metabólica de um aminoácido, levando à formação de alguns hormônios:

FRENTE

BIOLOGIA

MÓDULO C20

ASSUNTOS ABORDADOS n Genética das populações n O equilíbrio de Hardy – Weinberg

GENÉTICA DAS POPULAÇÕES A genética das populações é influenciada pela teoria neodarwinista, isto é, baseia-se na existência de variações fenotípicas entre os indivíduos que compõem uma espécie. Essas variações de ordem genética são provocadas, principalmente, por mutações e pela recombinação gênica e, quando vantajosas, são selecionadas pelo meio e analisadas em nível populacional no processo evolutivo. A população possui um conjunto de genes denominado estoque de genes ou pool gênico, que corresponde ao total de genes existentes em todos os indivíduos que a compõem. Cada gene apresenta uma determinada frequência dentro de uma população e a ação de certos fatores evolutivos altera a frequência de determinados genes e genótipos, promovendo a evolução da espécie. Em contrapartida, uma população, quando submetida a condições especiais, como, por exemplo, a ausência da atuação de fatores evolutivos, assume o status de população em equilíbrio. Nesse caso, seu pool gênico permanece com frequência inalterada e conclui-se que a população não esteja evoluindo.

O equilíbrio de Hardy – Weinberg Na natureza, as populações geralmente estão evoluindo pelo menos em relação a alguns de seus genes. Porém, quando uma população está em equilíbrio (equilíbrio gênico ou equilíbrio de Hardy-Weinberg), mesmo que seja em relação a apenas um gene, as frequências alélicas permanecerão as mesmas ao longo das gerações. Em 1908, o matemático inglês Godfrey Hardy (1877-1947) e o médico alemão Wilhem Weinberg (1862-1937) postularam o seguinte princípio conhecido como equilíbrio gênico: “Em uma população grande, em que os cruzamentos ocorrem totalmente ao acaso e sobre a qual não há atuação de fatores evolutivos, as frequências gênicas e genotípicas permanecem constantes ao longo das gerações”.

1- Ausência de seleção

2- Ausência de mutação

3- Ausência de migração

Assim, as condições necessárias para que uma população se mantenha em equilíbrio gênico são as seguintes: n n

4- População grande

5- Cruzamentos aleatórios

Figura 01 - Condições para ocorrência de equilíbrio de “Hardy-Weinberg” em uma população.

136

A população deve ser muito grande; A população deve ser panmítica, ou seja, os cruzamentos devem ocorrer totalmente ao acaso, sem quaisquer preferências; A população deve ser fechada, ou seja, não deve ocorrer entrada (imigração) nem saída (emigração) de novos indivíduos; A população não deve estar sofrendo mutações nem estar sujeita à seleção natural, ou seja, a população não deve estar sofrendo ação de fatores evolutivos.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Cálculo das frequências gênicas e genotípicas Um modelo matemático específico foi proposto para representaras frequências genotípicas de uma população em equilíbrio- a equação de Hardy-Weinberg. Suponha que numa população em equilíbrio existam dois genes autossômicos A e a. Na qual p corresponde à frequência do gene A e q à frequência do gene a. Não havendo outros alelos nesse locus, a soma das frequências desses genes é igual a 1 (100%): f(A) + f(a) = 1 ou p+q=1 A partir desse cálculo, podemos perceber que os indivíduos dessa população podem produzir gametas, contendo o gene A ou o gene a. Assim, temos os possíveis cruzamentos e respectivos descendentes. Gametas masculinos

Gametas femininos

Descendentes

Podemos estabelecer as frequências genotípicas: f(AA)

→

p x p = p2

f(Aa)

→

p x p = pq

f(aA)

→

q x p = qp

f(aa)

→

2pq

q x q = q2

Como a soma das frequências dos genótipos é igual a 1 (100%), temos:

p2 + 2pq + q2 = 1 Figura 01 - Modelo matemático para distribuição das frequências genotípicas de uma população em equilíbrio.

Frequência gênica Veja um exemplo numérico para entender o que é frequência gênica. C20  Genética das populações

Em uma população com 1 000 indivíduos, 300 são AA, 400 Aa e 300 aa. A frequência do gene A é a proporção dele em relação ao total de alelos para a característica estudada. O número total de genes corresponde ao total de indivíduos multiplicado por 2 porque cada indivíduo possui dois alelos. Sendo assim, o total de genes é igual a 2 000. O número de genes A é de 2 vezes 300 (cada indivíduo AA tem dois genes) + 400 (cada indivíduo Aa tem apenas um gene A). Portanto, temos 1 000 genes A e a frequência desse gene é 0,5 ou 50% (1 000/2 000). Da mesma forma, a frequência do gene a será de 0,5 ou 50%. Hardy e Weinberg demonstraram que, na ausência de fatores evolutivos, essa frequência não se altera. 137

Biologia

Vejamos, agora, um exemplo de uma população em equilíbrio de Hardy-Weinberg em que nos é dada a frequência de um genótipo recessivo que é de 1%. Com base nesse valor e nas fórmulas estudadas no início do módulo, vamos calcular as frequências dos genótipos possíveis nessa geração. n

Frequência do gene A = p.

Frequência do gene a = q.

Frequência de indivíduos AA = p2.

Frequência de indivíduos Aa = 2pq.

Frequência de indivíduos aa = q2.

A frequência de aa (q2) é de 1%. Então q2= 0,01 e q = 0,1. Logo: p+q = 1 ou p = 1 – q, 1 – 0,1 = 0,9. Com esses valores, podemos descobrir a frequência dos outros genótipos: n

Frequência de AA = p2 = (0,9)2= 0,81 = 81%.

Frequência de Aa = 2pq = 2 • 0,9 • 0,1 = 0,18 = 18%.

Em outros casos, quando sabemos a frequência de indivíduos dominantes é mais fácil calcular primeiro a frequência dos indivíduos recessivos e depois a de gene recessivo. Considere a existência em uma população em equilíbrio de três genes autossômicos A > a’ > a para o mesmo locus. O cálculo da frequência dos genótipos é feito chamando se de p a frequência do gene A, de q a frequência do gene a’ e de r a frequência do gene a. Portanto:

Frequência dos genótipos

Aa’

2pq

f(a’) = q

2pr

f(a) =r

a’a

2qr

A soma da frequência de cada alelo resulta no inteiro:

a’a’

C20  Genética das populações

Genótipos possíveis

138

f(A) = p

r =1 (100%)

Fatores que alteram o equilíbrio gênico n

Mutação: as mutações constituem o principal fenômeno responsável pela variação gênica das populações, podendo introduzir novos genes;

Seleção natural: a variabilidade gênica determinada pelas mutações é a matéria-prima sobre a qual atuará a seleção natural. A atuação dessa seleção natural determina alterações constantes no pool gênico da população;

Migração: corresponde à entrada (imigração) ou à saída (emigração) de organismos em uma população. Essa migração altera a quantidade de genes na população;

Deriva genética (oscilação gênica): consiste em variações provocadas por mecanismos puramente casuais na frequência gênica. Quando um motivo acidental, como catástrofes naturais, determina a morte de indivíduos de forma não seletiva isso altera a frequência de um gene na população.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Exercícios de Fixação

02. (UDESC) Considere que em uma determinada população em equilíbrio de Hardy-Weinbergexiste um gene com dois alelos com relação de dominância entre si. Sabendo-se que a frequência do alelo recessivo nesta população é de 0,3, a frequência esperada de indivíduos com a característica dominante é de a) 91%. b) 50%. c) 25%. d) 75%. e) 12,5%. 03. (UEG GO) Em uma população hipotética de estudantes universitários, 36% dos indivíduos são considerados míopes. Sabendo-se que esse fenótipo é associado a um alelo recessivo "a" as frequências genotípicas podem ser calculadas pela fórmula de Hardy-Weinberg. Nesse contexto, as frequências de AA, Aa e aa correspondem a a) 58%, 24% e 18%. b) 40%, 24% e 36%. c) 34%, 48% e 18%. d) 16%, 48% e 36%.

a) 0,42; 0,09; e 0,49. b) 0,49; 0,09; e 0,42. c) 0,49; 0,42 e 0,09.

d) 0,42; 0,49 e 0,09. e) 0,09; 0,49; e 0,42.

06. (FGV) Em uma população caracterizada pelo equilíbrio gênico de Hardy-Weinberg, com todos os pressupostos que o tornam válido, a frequência de homozigotos recessivos para um par de alelos autossômicos é 0,49 Com base nessa informação, estima-se que, nessa mesma população, a frequência de heterozigotos seja a) 0,03. d) 0,42. b) 0,07. e) 0,51. c) 0,21. 07. (UPE) Analise as informações a seguir: Fenótipo

Genótipo

Frequência genotípica observada

0,34

0,48

0,18

04. (UCS) Em uma ilha do Pacífico, há muitos anos, ocorreu um Tsunami que vitimou grande parte da população. Dos poucos sobreviventes, alguns possuíam uma mutação gênica transmitida aos seus descendentes, originando uma população com frequência de alelos diferente da população original. Esse processo chama-se de a) Migração Gênica. b) Efeito Fundador. c) Seleção Sexual. d) Equilíbrio Gênico. e) Convergência Evolutiva.

Admita que a cor das asas das joaninhas é determinada por dois alelos codominantes. O alelo V forma o pigmento vermelho, e sua frequência alélica é de p = 0,58. Por sua vez, o alelo A forma o pigmento amarelo, e sua frequência alélica é de q = 0,42. As joaninhas de asas vermelhas estão bem camufladas dos predadores, enquanto as de asas laranjas e amarelas estão razoavelmente camufladas. Apesar de as condições de equilíbrio de Hardy-Weinberg não serem alcançadas na natureza, considere que a população é numerosa, os cruzamentos são aleatórios e nenhum fator evolutivo está ocorrendo, o que permite aplicar a fórmula p2 + 2pq + q2 = 1

05. (PUCRJ) Uma população de besouros está em equilíbrio para um determinado lócus gênico A, apresentando, para o alelo A, frequência igual a 0,7; e, para o alelo a, frequência igual a 0,3. As frequências para os genótipos AA, Aa e aa são, respectivamente, as seguintes:

Desse modo, qual a frequência esperada de heterozigotos para a população de joaninhas? a) 0,181 d) 0,487 b) 0,244 e) 0,843 c) 0,348

139

C20  Genética das populações

01. (PUC RJ) Alguns pressupostos devem ser considerados para que uma determinada população esteja em equilíbrio de Hardy-Weinberg. Marque a opção que indica corretamente um desses pressupostos. a) Ocorrem mutações na população. b) Os genes alelos estão sujeitos à seleção natural. c) Os cruzamentos não devem ocorrer aleatoriamente. d) O tamanho populacional é infinito. e) Ocorre migração na população.

Biologia

Exercícios Complementares 01. (PUC RJ) Em uma determinada população humana, o lócus A está em equilíbrio. Genótipo

Número de indivíduos

16 200

3 600

200

Considerando a tabela acima, marque a opção que corresponde à frequência do alelo A e à frequência de heterozigotos, respectivamente. a) 90% e 9%. b) 10% e 18%. c) 90% e 1%. d) 90% e 18%. e) 10% e 81%. 02. (PUC RJ) Se o fenótipo albino ocorre em 1 para 10 000 indivíduos de uma população em equilíbrio, e o albinismo é causado por um alelo autossômico recessivo a, a frequência aproximada de heterozigotos na população será de a) 0,01. b) 0,02. c) 0,1. d) 0,2. e)0,0001..

C20  Genética das populações

03. (UFG GO) Considere que a cor dos olhos seja determinada por um par de alelos em que o gene para a cor preta é dominante e para a cor azul, recessivo. Admitindo-se que, em uma comunidade de 5 000 indivíduos, 450 tenham olhos azuis e que essa população esteja em equilíbrio de Hardy-Weinberg, o número de heterozigotos, nessa população, é de a) 1050. b) 1500. c) 1900. d) 2100. e) 3500. 04. (IFPE) A Anemia Falciforme é uma doença hereditária, que, diante de certas condições, altera a forma dos glóbulos vermelhos os quais se tornam parecidos com uma foice. A doença originou-se na África e foi trazida às Américas pela imigração forçada de escravos. No Brasil, distribui-se heterogeneamente, sendo mais frequente onde a proporção de antepassados negros é maior. Além de estar presente na África e na América, é hoje encontrada em toda Europa e

140

em grandes regiões da Ásia. No Brasil, a doença é predominante entre negros e pardos, também ocorrendo entre os brancos. No sudeste do Brasil, a equivalência média de heterozigoto (portadores) é de 2%, valor que sobe cerca de 6 a 10% entre negros. Estima-se o nascimento de 700 – 1 000 novos casos anuais de Doença Falciforme, sendo um problema de saúde pública no Brasil. Com relação à genética da anemia falciforme na população do Brasil, podemos afirmar que a) a emigração é o único fator evolutivo que pode alterar o equilíbrio gênico. b) a mutação sempre mantém constante o equilíbrio gênico, sem anemia falciforme. c) casais heterozigotos nunca poderiam ter uma prole homozigota recessiva. d) a imigração não representa um fator evolutivo e mantém o equilíbrio gênico. e) a migração, mutação e seleção natural afetam o equilíbrio gênico. 05. (UFGGO) Risco de diabetes tipo 2 associado a gene dos Neandertais Uma variante do gene SLC16A11 aumenta o risco de diabetes entre os latino-americanos. As análises indicaram que a versão de maior risco dessa variante foi herdada dos Neandertais. As pessoas que apresentam a variação SLC16A11 em um dos alelos, são 25% mais propensas a desenvolver o diabetes, já aquelas que herdaram de ambos os pais, essa probabilidade sobe para 50%. Disponível em: <www.bbc.co.uk/portuguese/noticias/2013/12/131225_neandertal_ lk.shtml>. Acesso em: 26 mar. 2014. (Adaptado).

De acordo com os dados apresentados no texto e considerando uma população em equilíbrio de Hardy-Weinberg, na qual 36% dos indivíduos apresentam genótipo com dois alelos variantes de SLC16A11, qual a frequência, em percentagem, de indivíduos que serão 25% mais propensos a desenvolver o diabetes? Dados: Equilíbrio de Hardy-Weinberg (p + q)2 = p2 + 2pq + q2 = 1 p = frequência do alelo variante q = frequência do alelo normal a) 48%. b) 50%. c) 64%. d) 75%. e) 84%.

FRENTE

BIOLOGIA

Exercícios de Aprofundamento 01. (PUC MG) A cor da íris dos olhos na espécie humana é uma HERANÇA QUANTITATIVA determinada por diferentes pares de alelos. Nesse tipo de herança, cada alelo efetivo, representado por letras maiúsculas (N e B), adiciona um mesmo grau de intensidade ao fenótipo. Alelos representados por letras minúsculas (n e b) são inefetivos. Um outro gene alelo A com segregação independente dos outros dois alelos mencionados é necessário para a produção de melanina e consequente efetividade dos alelos N e B. Indivíduos aa são albinos e não depositam pigmentos de melanina na íris.

De acordo com as informações dadas, é INCORRETO afirmar. a) Todos os descendentes de pais homozigotos para todos os genes deverão apresentar o mesmo genótipo, mesmo que este seja diferente daquele apresentado pelos pais. b) Considerando-se apenas os dois pares de alelos aditivos, são possíveis vários genótipos, mas apenas cinco fenótipos. c) A não ocorrência de cruzamentos preferenciais em uma população não albina, cuja frequência de alelos N e B seja igual, favorece um maior percentual de descendentes com fenótipo intermediário. d) O cruzamento de indivíduos NnBbAa com nnbbaa pode produzir oito fenótipos diferentes. 02. (UFUMG) Uma espécie de tomateiro apresenta os genes A, D, E e F, ligados a um determinado cromossomo, que determinam a cor e textura das folhas, a morfologia do fruto e as cores do caule. As frequências de crossing-over encontradas nos cruzamentos testes para dois pares de genes foram: Entre F – E = 14%

Entre D – A = 11%

Entre F – D = 9%

Entre F – A = 20%

Entre D – E = 5%

Entre E – A = 6%

Qual é a sequência desses genes localizados no mesmo cromossomo? a) EFAD. b) DEFA. c) AFED. d) FDEA. 03. (UPE) A angiogênese é um mecanismo bem regulado em nosso organismo, sendo fundamental durante o desenvolvimento embrionário. Na fase adulta, no entanto, esses vasos sanguíneos, que, às vezes, brotam fora de hora e de lugar, podem estar relacionados a problemas graves, como o câncer. Nesse caso, o tumor só consegue se desenvolver, se houver suprimento sanguíneo, que o alimenta e o ajuda a crescer e a se espalhar por outros tecidos. Há muito se sabe que os genes e são os principais responsáveis pela regulação da formação da angiogênese. O que os ativava ou desativava, no entanto, permanecia sendo um mistério. Os microRNAs são moléculas, que controlam a expressão de um tipo específico de RNA mensageiro e inibem a expressão das moléculas às quais se ligam. Segundo Diana Nunes, “Quando um microRNA se liga a um RNA mensageiro, como no caso do VEGFA, ele o regula negativamente, impedindo sua tradução em proteína.” Fonte: http://revistapesquisa.fapesp.br/2015/03/23/freios-moleculares/(Adaptado).Acesso em: julho 2015.

Sobre isso, analise os itens a seguir: I. O RNAm descrito no texto transmite as instruções contidas nos genes, levando à produção de proteínas, que iniciam o desenvolvimento de novos vasos sanguíneos. II. Na regulação descrita, microRNAs específicos se ligavam aos RNAs mensageiros de e impedindo que eles fossem traduzidos em proteínas e, com isso, se iniciasse o surgimento de novos vasos sanguíneos. III. Se a expressão dos microRNAs for aumentada, os RNAs mensageiros de e ficarão livres para produzir proteínas e iniciar a angiogênese. IV. A regulação desses genes ocorre durante a replicação e começa quando a RNA polimerase se encaixa no promotor, iniciando a síntese do RNAm. Estão CORRETOS a) I e II. b) I e III. c) II e III. d) II e IV. e) III e IV. 141

Biologia

04. (UPE)

A quantidade esperada de animais com genótipo heterozigoto, em uma população com 4 800 indivíduos, em equilíbrio gênico, será igual a a) 900. b) 1 200. c) 1 800. d) 2 400. e) 3 600.

Leia o texto a seguir. O gene chamado Taqpep regula os padrões de cor no corpo de felinos e se manifesta – com (guepardo real- tt) ou sem mutação (guepardo pintado - TT) – quando o animal ainda está no útero. Posteriormente, o gene Edn3 controla a cor do pelo e induz à produção de pigmento escuro (manchas, pintas e listras) nas áreas preestabelecidas pelo Taqpep, importante para camuflagem no ambiente, podendo favorecer ou desfavorecer a adaptação

Número de semente

Mutação determina diferença entre guepardo pintado(esquerda) e sua versão real

06. (FGV) Um pesquisador obteve várias sementes de uma mesma planta, sementes essas com diferentes pesos. Na figura, a curva 1 representa a distribuição de peso dessas sementes. Dentre essas sementes, as mais leves foram plantadas e originaram novas plantas cujas sementes eram, em média, mais leves que as da geração anterior. A curva 2 representa a distribuição de peso dessas novas sementes. O mesmo ocorreu com as sementes mais pesadas que, plantadas, originaram novas plantas cujas sementes eram, em média, mais pesadas que as da geração anterior, como representado na curva 3. O valor X, peso em g, é o mesmo nas três curvas. Curva 1

X Peso das sementes Plan o sob mesmas condições ambientais

dessa espécie. Em uma população de 100 guepardos, os genótipos estão distribuídos da seguinte forma: 36 são TT, 16 são tt e 48 são heterozigotos Tt.

FRENTE C  Exercícios de Aprofundamento

Disponível em: http://revistapesquisa.fapesp.br/2012/09/20/mutação-gera-padrão-emespiral-no-pelo-de-gatos-e-guepardos/ 1/2. Adaptado.

Em relação a essas informações, é CORRETO afirmar que a) as frequências alélicas e genotípicas dessa população felina são, respectivamente, p2 = 0,36, 2pq = 0,48 e q2 = 0,16 e p = 0,6 e q = 0,4. b) nessa população de guepardos, as frequências gênicas se manterão de forma constante, indefinidamente, visto não haver nenhum fator evolutivo em ação. c) nesse exemplo, o fator que impede a manutenção do equilíbrio de Hardy-Weinberg é a deriva em razão do grande tamanho populacional dos guepardos reais. d) o processo pelo qual um alelo se transforma em outro, a mutação, pode afetar o equilíbrio gênico dessa população de guepardos. e) os genes citados no texto exemplificam a ação de alelos, localizados nos mesmos locos de cromossomos distintos que agem conjuntamente na determinação do equilíbrio de Hardy-Weinberg. 05. (FGV) Uma determinada característica genética de um grupo de animais invertebrados é condicionada por apenas um par de alelos autossômicos. Estudos de genética de populações, nestes animais, mostraram que a frequência do alelo recessivo é três vezes maior que a frequência do alelo dominante, para a característica analisada em questão.

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Distribuição do peso Curva 2 das sementes após 1 geração

Curva 3

Sabendo-se que o plantio das sementes e desenvolvimento das novas plantas deram-se sob as mesmas condições ambientais (composição do solo, luz, temperatura e umidade), pode-se supor corretamente que a variação no peso das sementes é a) geneticamente determinada. Se fosse determinada por fatores ambientais, as descendentes das sementes mais leves deveriam apresentar a mesma distribuição de peso das descendentes das sementes mais pesadas. b) geneticamente determinada. Se fosse determinada por fatores ambientais, as descendentes das sementes mais leves deveriam apresentar distribuição de peso indicando serem estas mais leves que as descendentes das sementes mais pesadas. c) geneticamente determinada. Se fosse determinada por fatores ambientais, as descendentes das sementes mais leves deveriam apresentar distribuição de peso indicando serem estas mais pesadas que as descendentes das sementes mais pesadas. d) devida a fatores ambientais. Se fosse geneticamente determinada, as descendentes das sementes mais leves deveriam apresentar a mesma distribuição de peso das descendentes das sementes mais pesadas. e) devida a fatores ambientais. Se fosse geneticamente determinada, as descendentes das sementes mais leves deveriam apresentar distribuição de peso indicando serem estas mais leves que as descendentes das sementes mais pesadas.

Coleção 10 V - Livro 10 - Biologia - Aluno

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