Biologia - Histórico e Interações da Vida 1.1 Um ser vivo só surge a

Transcrição

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

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