Slides referente a ORIGEM DA VIDA

ORIGEM DA VIDA
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PASTA BIOGEOGRAFIA BIBLIOTECA)
EL-HANI - A EVOLUÇÃO DA TEORIA DARWINIANA
STEARN & HOEKSTRA - A HISTORIA DA VIDA 1
(CAP. 13)
RIDLEY – EVOLUÇÃO (CAP.18)
FICHAMENTO: DATA (30/08) EVOLUÇÃO DA VIDA –
S. J. GOULD-----------enviar para [email protected]
Senha geocode10
Origem da vida
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Conceitos de vida
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Stern & Hoeskstra  A biologia conceitua vida por duas
características essenciais:
 um ser vivo deve apresentar metabolismo (um sistema
coordenado de reações químicas contribuindo para sua
manutenção)
 uma replicação hereditária (sistema de copias no qual a
nova estrutura se parece com a velha)
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Neiel Campbel  “ a vida é o processo cumulativo de
interações entre muitas espécies de substancias que
constituem as células do organismo
Outros conceitos de vida
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A definição Fisiológica
Um ser vivo é definido como sendo um ser capaz de realizar
algumas funções básicas, como comer, metabolizar, excretar,
respirar, mover, crescer, reproduzir e reagir a estímulos
externos. Várias máquinas realizam todas estas funções e,
entretanto, não são seres vivos.. Por outro lado, algumas
bactérias vivem na ausência completa de oxigênio, isto é, não
respiram, e, sem dúvida, são seres vivos. A definição, portanto,
tem falhas.
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A definição Metabólica
popular entre muitos biólogos. Descreve um ser vivo como um
objeto finito, que troca matéria continuamente com as
vizinhanças, mas sem alterar suas propriedades gerais. A
definição parece correta mas, novamente, existem exceções:
certas sementes e esporos são capazes de permanecer imutáveis,
dormentes, durante anos ou séculos e, depois, nascerem aos
serem semeados.
Cont....
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A definição Bioquímica (ou bio-molecular)
Seres vivos contém informação hereditária
reproduzível codificada em moléculas de ácidos
nucléicos e que controlam a velocidade de
reações de metabolização pelo uso de catálise
com proteínas especiais chamadas de enzimas.
Esta é uma definição de vida muito mais
sofisticada que a metabólica ou fisiológica.
Existem, também neste caso, alguns contraexemplos: existe um tipo de vírus que não
contém ácido nucléico e é capaz de se reproduzir
sem a utilização do ácido nucléico do hospedeiro.
Cont...
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A definição Genética
Um sistema vivo é capaz de evolução por seleção natural.
Em 1859 Charles Darwin publicou o livro que o tornou
famoso: “A Origem das Espécies”. Um parafraseamento
moderno de sua teoria poderia ser algo como: informação
hereditária é transportada por grandes moléculas
conhecidas como genes. Genes diferentes são responsáveis
por características diferentes do organismo. Na
reprodução, este código genético é repassado para o
organismo gerado. Ocasionalmente, pequenas “falhas”
ocorrem na replicação do código, e surgem indivíduos com
pequenas variações - ou mutações. Algumas mutações
podem conferir características especiais que tornam o
organismo mais apto à sobrevivência. Como um resultado,
estes genes “mutantes” vão se reproduzir com mais
facilidade do que os normais, e esta será a espécie
dominante.
Historia das teorias sobre a origem da
vida na terra
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Até hoje não existe uma resposta científica
definitiva para a origem da vida no planeta. Sua
origem remota a cerca de 3,5 bilhões de anos, 1
bilhão de anos após a formação da Terra quando
o planeta tinha uma atmosfera diferente das
atuais. Um problema fundamental, portanto,
para a origem da vida é a origem do código
genético/molécula replicadora.
A maioria das explicações giram em torno
de 4 hipóteses:
I) A origem da vida é o resultado de um
evento sobrenatural, isto é, além dos poderes
descritivos da química e da física.
II)A vida surge espontaneamente a partir da
matéria não viva em curtos períodos de
tempo, hoje e no passado.
III)A vida é coexistente com a matéria e não
tem começo. Chegou à Terra no mesmo
tempo da origem do planeta, ou
imediatamente depois.
IV)A vida se iniciou na Terra primitiva por
uma série de reações químicas progressivas.
1. Fixismo
Esta teoria pretende explicar o surgimento das
espécies, afirmando que estas surgiram sobre a
Terra, cada qual já adaptada ao ambiente onde foi
criada, pelo que, uma vez que não havia
necessidade de mudanças, as espécies
permaneciam imutáveis desde o momento em que
surgiram. Deste modo, e de acordo com esta teoria,
não haveria um antepassado comum. No entanto,
para a explicação do surgimento das espécies
primordiais há várias opiniões:
outras teorias que pretendiam explicar o surgimento
das espécies dentro do fixismo:
Abiogênese
1-Geração espontânea: Aristóteles, autor desta teoria, foi
influenciado pela teoria platônica da existência de um
mundo das imagens, afirmava que as espécies surgem
por geração espontânea, ou seja, existiam diversas
fórmulas que dariam origem às diferentes espécies. Isto
é, segundo ele, os organismos podem surgir a partir de
uma massa inerte segundo um princípio ativo. (Por
exemplo, nascer um rato da combinação de uma camisa
suja e de um pouco de milho).
A geração espontânea permaneceu como idéia
principal do surgimento das espécies devido à influência
que as crenças religiosas incutiam na civilização ocidental,
principalmente. Assim, a geração espontânea tornou-se
uma idéia chave para a teoria que surgiria a seguir.
2- O criacionismo
era visto por teólogos e filósofos de modos
diferentes: os teólogos afirmavam que Deus, o ser
supremo e perfeito, tinha criado todos os seres e,
uma vez que era perfeito, tudo o que criava era
perfeito também, pelo que as espécies foram
colocadas no mundo já adaptadas ao ambiente onde
foram criadas, e permaneceram imutáveis ao longo
dos tempos; os filósofos, embora também
apoiassem a criação das espécies por Deus,
acrescentavam que, quando se verificava uma
imperfeição no mundo vivo, esta devia-se ao
ambiente, que era corrupto e mutável, portanto
imperfeito
Assim, e segundo esta teoria, o aparecimento de
novas espécies eram impensável, bem como a
extinção de outras.
Biogênese
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até há pouco tempo atrás, a hipótese da geração espontânea
de vida, era plenamente aceita nos meios acadêmicos.
no final do século que o biólogo italiano Francesco Redi
demonstrou que as larvas provinham de ovos deixados por
moscas ou mosquitos adultos
Um padre italiano, Lazzaro Spallanzi, mostrou que os
espermatozóides eram necessários para a reprodução dos
mamíferos. Mas, mesmo assim, a idéia da geração
espontânea sobrevivia: como explicar a fermentação do suco
de uva? De onde vinham as "criaturas minúsculas" que
promoviam a transformação do açúcar em álcool?
Cont...
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em 1850, Louis Pasteur demonstrou que quem
promovia a fermentação do suco de uva eram
germes microscópicos, que flutuavam no ar.
Mostrou que uma filtração adequada era capaz
de remover os germes e evitar a fermentação.
Pasteur demonstrou que germes microscópicos
estão no ar e com experiências com frascos tipo
“pescoço de cisne” mostrou que uma solução
nutritiva previamente esterilizada, mantém-se
estéril indefinidamente, mesmo na presença de
ar (pasteurização).
A TEORIA DA SOPA PRIMITIVA: Aleksandr Oparin,
bioquímico russo e John S. B. Haldane, bioquímico inglês,
sugeriram, independentemente, que várias substâncias
orgânicas poderia ser sintetizada em solução aquosa, sob
uma atmosfera redutora e com energia fornecida por
descargas elétricas.
Oparin afirmou em 1924 que os seres vivos se originaram
espontaneamente nos oceanos primitivos, em uma lenta e
gradual transformação em um caldo "quente e diluído".
Compostos orgânicos puderam associar-se e formar
sistemas progressivamente mais complexos, os quais se
alimentavam do material orgânico encontrado no oceano.
Haldane afirmava que as condições da terra primitiva
teriam permitido o surgimento de moléculas orgânicas a
partir de moléculas inorgânicas.
Em base no modelo Haldane-Oparin, a primeira
simulação experimental destas condições
primitivas foi conduzida em 1953 por um
estudante de química americano, S.L. Miller, sob a
supervisão do químico H.C. Urey. Uma mistura de
metano, amônia, vapor de água e hidrogênio
foram continuamente borbulhadas em uma
solução de água líquida. Descargas elétricas eram
aplicadas sobre a solução, simulando os raios.
Após algum tempo, a solução aquosa se tornou
marrom. Análises demonstraram a presença de
vários aminoácidos, principalmente glicina e
alanina, os blocos elementares para a construção
da vida. Estes aminoácidos são monômeros que
formam polímeros como as proteínas e os ácidos
nucléicos  síntese abiótica-quimiosíntese.
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Independentemente das condições precisas da
evolução química pré-biótica, uma coleção de
compostos orgânicos não implica em vida, assim
é fundamental entender a origem dos
replicadores hereditários neste ambiente
químico.
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A maioria dos cientistas acredita que o RNA teria
sido o replicador primitivo antes do advento do
DNA. O RNA pode agir como uma superfície para
a replicação e também pode funcionar como uma
enzima, assistindo ao processo.
A vida teve origem no exato instante em que ocorreu alguma
associação funcional entre as proteínas e os polinucleotídeos, ou
seja, com a origem do primeiro código genético/molécula
replicadora.
Os mecanismos auxiliares à reprodução do código, as enzimas,
os mensageiros, ribossomos, etc., são o produto de uma longa
história evolutiva, e são produzidos de acordo com instruções
contidas no código genético. No momento da origem, o código
para tais mecanismos estava, obviamente, ausente.
Várias linhas de evolução de moléculas replicadoras distintas
pode ter iniciado em vários pontos do planeta, porém, na
competição, somente um modelo de código sobreviveu: todos os
organismos vivos da Terra são descendentes do mesmo código.
Estas evidências levam o conceito de seleção natural para o nível
pré-biótico.
Outras teorias sobre a origem da vida
b) Panspermia- Esporos vindos do universo,
viajando no espaço sideral, atingiram a Terra, e
como as condições eram favoráveis,
desenvolveram-se.
c) Panspermia Induzida- Seres superiores de
outros sistemas solares ou galáxias visitaram a
Terra e, como as condições eram favoráveis,
semearam-na com os esporos de formas de vida.
Evolucionismo:
Esta idéia, como o nome indica, apóia o princípio que
afirma que as espécies não permaneceram imutáveis ao
longo dos milênios e que, portanto, evoluíram.
o aparecimento das teorias evolucionistas apenas foi
possível devido a algumas descobertas decisivas:
-A sistemática: Estudo e nomenclatura das espécies
atuais
- A paleontologia: O estudo dos fósseis, que são
registros valiosos das espécies que existiram
em tempos antigos.
Eventos-chave da evolução segundo MAYNARD SMITH
E SZATHMÁRY (1995)
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Considerações:
 a importância de eventos-chave só pode ser julgada
retrospectivamente.
 Eventos-chave são julgados como tais por meio de
suas conseqüências de longo prazo.
 Mudança evolutiva ocorre devido a vantagens de
curto prazo.
 Não há mudança evolutiva destinada a obter
benefícios de longo prazo.
 (p/ex: a origem do sexo teve muitas
conseqüências a longo prazo, mas apareceu por
outras razões, e não poderia ser prevista no
momento do seu aparecimento )
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Nossa percepção de eventos-chave é tendenciosa.
 Se pensarmos sobre a evolução como historia tendemos
a iniciar com a nossa espécie.
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Isso sugere que a evolução produziu uma complexidade
sempre crescente e que nossa espécie é o ponto
culminante da evolução.
Todas as espécies existentes apresentam uma
ancestralidade evolutiva tão velha quanto a nossa
Temos mais informações sobre algumas poucas
linhagens (animais e vegetais) que sobre as linhagens
que produziram diversos microorganismos.
Eventos-chave na evolução
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A origem das moléculas replicadoras
O seqüestro de moléculas replicadoras em compartimentos
A condensação de moléculas replicadoras em cromossomos
A transição do RNA como gene e enzima para o DNA, com
seu código genéticos para proteínas.
A origem simbiótica dos eucariontes a partir dos
procariontes.
A origem de clones assexuados a partir de populações
sexuadas
A origem dos multicelulares entre vegetais animais e
fungos
A origem das sociedades em castas reprodutivas
A origem da linguagem
ORIGEM DAS MOLECULAS
REPLICADORAS
QUESTÃO FUNDAMENTAL PARA A ORIGEM DA VIDA NA TERRA
É A ORIGEM DO CODIGO GENÉTICO/MOLECULA REPLICADORA
A EVOLUÇÃO QUIMICA PRÉ-BIÓTICA (OPARIN-HALDANE)
A maioria dos cientistas acredita que o RNA teria sido o
replicador primitivo antes do advento do DNA. O RNA pode
agir como uma superfície para a replicação e também pode
funcionar como uma enzima, assistindo ao processo
O DNA NÃO PODERIA TER SIDO A PRIMEIRA MOLECULA
REPLICADORA POIS DEPENDE DE ENZIMAS, QUE ELE
MESMO PRODUZ, PARA SE REPRODUZIR
ESTA PRÉ-CÉLULA, PROVAVELMENTE SEMELHANTE A UMA
BACTERIA, SERIA HETEROTRÓFICA, ALIMENTANDO-SE DO
“CALDO ORGÂNICO” DO MEIO ABIÓTICO
TRANSIÇÃO DO RNA PARA O DNA = MUNDO A RNA
(MAYNARD SMITH), CAPAZ DE SE REPLICAR E AGIR COMO
ENZIMA DESNCADEANDO REAÇÕES CATALÍTICAS
OUTRA QUESTAO POLÊMICA É O “SEQUESTRO” DAS
MOLECULAS REPLICADORAS EM COMPARTIMENTOS: SABEMOS QUE AS MEMBRANAS SÃO CONSTITUIDAS DE ÁCIDOS
GRAXOS DE CADEIA LONGA QUE FORMAM PEQUENAS
MEMBRANAS ESFÉRICAS, SINTETIZADOS POR ENZIMAS:
COMO ELAS SE FORMARAM NA AUSENCIA DE ENZIMAS?
EVOLUÇÃO DOS CROMOSSOMOS
EM TODOS ORGANISMOS CONHECIDOS OS GENES ESTÃO
ASSCIADOS AOS CROMOSSOMOS
NO INICIO DA VIDA DEVE TER HAVIDO UMA TRANSIÇÃO PARA
GENES NÃO ASSOCIADOS PARA GENES ASSOCIADOS
OS GENES NÃO MAIS SE REPLICAM DE MANEIRA AUTÔNOMA,
MAS EM SINCRONIZA, DIMINUINDO A COMPETIÇÃO PELA
REPLICAÇÃO,
(ex. Transposon = genes saltadores movem-se para novas
posições no cromossomos ou para outros, o que reduz o
desempenho dos indivíduos, induzindo mutações. Cerca de 25%
dos genes humanos são transposons
ORIGEM DA CELULA EUCARIÓTICA
A maioria dos biólogos considera que a divisão fundamental no
mundo biológico é a que separa os seres procariontes dos
eucariontes, divisão esta, baseada na estrutura celular dos
organismos. No entanto, apesar das diferenças bem
conhecidas entre estes dois grupos, têm sido estabelecidas
importantes relações entre eles.
Os procariontes constituem, mesmo na atualidade, mais de
metade da biomassa da Terra, e colonizaram todos os
ambientes.
Crê-se que os seres eucarionte tiveram origem nos
procariontes, visto estes serem bem mais simples que os
outros, mas também pela evidência fornecida pelos
ribossomos e pelo DNA dos cloroplastos e mitocôndrias, que
são do mesmo tipo que os dos procariontes. Existem duas
teorias que tentam explicar como se deu esta evolução:
Hipótese autogênica = a células eucaríóticas teriam derivado
de procariontes unicelulares por um processo de
complexificação, por meio de especialização de membranas
internas, derivadas de invaginações de membranas
plasmáticas.
Modelo endossimbiótico (Lynn Margullis), segundo o
qual alguns procationtes entraram em simbiose com
outros, quando uma célula - hospedeira - capturava
outra - hóspede-, que passaria a fazer parte da primeira.
Esta teoria baseia-se na procura da explicação do fato de
os cloroplastos e as mitocôndrias possuirem o seu
próprio DNA, que, por sinal, é circular, tal como nos
procariontes, e os seus próprios ribossomos, que são do
mesmo tipo que os dos procariontes.
Estas células envolvidas teriam originado os organelas
de uma célula eucariótica atual.
Segundo Margulis, a célula eucariótica típica teria surgido
seqüencialmente, em 3 etapas:

proto-eucarionte tornou-se hospedeiro
aeróbias, obtendo mitocôndrias;
de
bactérias
 proto-eucarionte tornou-se hospedeiro de bactérias
espiroquetas, obtendo cílios, flagelos e, mais tarde, outras
estruturas com base em microtúbulos como os centríolos e
citosqueleto;
 proto-eucarionte tornou-se hospedeiro de cianobactérias
obtendo plastos.
Um bom exemplo de como esta teoria pode ser correta é a
evolução dos cloroplastos em protistas fotossintéticos, que
parece resultar de uma série de processos endossimbióticos.
Aparentemente
todos
os
cloroplastos
remontam
ao
envolvimento de uma cianobactéria ancestral por uma outra
célula, um proto-eucarionte. Este será designado o fenómeno
endossimbiótico primário e teria resultado na formação do
cloroplasto clássico com duas membranas (uma resultante da
membrana plasmática da cianobactéria e outra da membrana
da vesícula de endocitose da célula maior).
Teria sido assim que surgiram os cloroplastos das algas verdes
e vermelhas.
Alguns outros fatos parecem apoiar a teoria endossimbiótica:
material genético
eucariontes;
igual
entre
procariontes
e
transcrição e tradução semelhantes;
simbiose é um processo muito comum no mundo
vivo;
tamanho de cloroplastos e mitocôndrias muito
semelhante ao dos procariontes atuais;
membrana interna dos cloroplastos e mitocôndrias
é produzida pelas próprios organelas;
ribossomos dos cloroplastos semelhantes em
tamanho e características aos dos procariontes ;
síntese proteica das mitocôndrias e cloroplastos é
inibida por substâncias inibidoras de procariontes
(estreptomicina e cloranfenicol) mas não por
inibidores de eucariontes (ciclo-heximida);
aminoácido iniciador da cadeia polipeptídica
de uma mitocôndria ou cloroplasto é a formilmetionina, como nas bactérias, e não a
metionina, como nos eucariontes (e
arqueobactérias);
DNA próprio nas mitocôndrias e cloroplastos,
semelhante, em estrutura, ao material
genético bacteriano, não associado a
histonas;
divisão autónoma das mitocôndrias e dos
cloroplastos;
protozoários que vivem em simbiose com
bactérias não têm mitocôndrias mas realizam
respiração aeróbia por intermédio das
bactérias, localizadas no interior de vacúolos.
ORIGEM DA MULTICELULARIDADE:
cooperação celular em algas coloniais
A associação entre duas células é comum e pode trazer
vantagens importantes, tanto em procariontes como em
eucariontes.
As
bactérias
formam
freqüentemente
agregados simples, em que as células não apresentam
ligações citoplasmáticas, mas beneficiam, apesar disso, da
proteção do número. O estudo de situações deste tipo
revelou, no entanto, que um conjunto de procariontes
nunca funcionará como uma estrutura multicelular.
Surge, portanto, um corolário para esta afirmação, que
consiste na obrigatoriedade da presença de células
eucarióticas para o desenvolvimento da multicelularidade..
RELAÇÃO ÁREA/VOLUME E ORIGEM DA
MULTICELULARIDADE
A vida depende do metabolismo, efetuado em todo o
volume
celular,
mas
as
trocas com
o
meio,
nomeadamente a entrada de nutrientes e a saída de
excreções, são realizadas através da superfície celular.
Este raciocínio permite compreender facilmente que
haverá uma razão ótima para a qual as trocas são
adequadas ao metabolismo desenvolvido.
Estudos revelaram que esse valor corresponde ao
tamanho da célula eucariótica, 50 a 500 m. A partir
deste valor o aumento de tamanho de um organismo
implica a passagem à multicelularidade, para que a
relação correta seja mantida.
No entanto, mesmo a multicelularidade apresenta a mesma
limitação pois os organismos muito pequenos perdem
demasiado calor, e os grandes têm grande dificuldade em
perde-lo, por exemplo.
A verdadeira multicelularidade, apenas presente em seres
eucariontes, caracteriza-se por uma associação de células em
que há interdependência estrutural e funcional entre elas.
Geralmente existe igualmente uma diferenciação celular e
tecidular a ela associada.
Em células eucarióticas existe freqüentemente uma relação
colonial, que pode ser considerada a origem da
multicelularidade.
Teorias evolucionistas
NEODARWINISMO (mutacionismo)
Hugo de Vries “”Teoria das mutações” = as variações surgem
em indivíduos de uma espécie em conseqüência de alterações
no material genético transmitido de pais para filhos por meio
de gametas.
(Os gametas são células haplóides, ou seja, têm apenas um conjunto
de cromossomos, uma vez que são produzidos por meiose)
Corrige as falhas do lamarquisno e do darwinismo:
hereditariedade dos caracteres adquiridos
Fidelidade as idéias de luta pela vida e seleção natural
As mutações são fundamentalmente acidentais, ao acaso.
Mutações gênicas e cromossômicas.
Mutação como único fator de evolução
O termo "Teoria Sintética" ou "Síntese Evolutiva" remete ao
trabalho de Julian Huxley de 1942, Evolution - The Modern
Synthesis. Nos primeiros trabalhos, também é chamada de
Neodarwinismo.
O trabalho de Dobzhansky parece ser o primeiro com
caráter realmente sintético entre Genética e Teoria da
Evolução.
As bases da Teoria Sintética foram lançadas por um
soviético, Tchetverikof; dois ingleses, Fisher e Haldane
Outros autores importantes: Mayr
Neolamarckismo
o motor para a evolução seria a intervenção do meio sobre o
genótipo, fazendo aparecer novos genes ou alelos. Este fato
seria possível por ação de mutagénios, que aumentariam a
taxa de mutação. No entanto, a principal dificuldade desta
teoria é o fato de um aumento do número de mutações não
conduzir a uma evolução direcionada pois as mutações
continuam a ser aleatórias;
Teoria neutralista
Esta teoria considera que o papel da seleção natural se
reduz ao de eliminar as mutações negativas. Segundo esta
teoria a maioria das mutações seria neutra do ponto de
vista adaptativo, podendo fixar-se na população sem
qualquer vantagem para os indivíduos delas portadores;
Teoria do equilíbrio pontuado
– segundo esta teoria, a evolução decorreria em curtos
períodos de alterações bruscas e radicais, em que se
formariam numerosas espécies (a maioria das quais
acabaria por se extinguir), intervalados por longos
períodos de calma e de evolução muito lenta das
espécies sobreviventes. As espécies novas seriam
formadas por pequenas populações marginais da
espécie-mãe, onde as mutações se espalhariam
rapidamente. Neste caso, a sobrevivência da espécie
não se deve exclusivamente à “sobrevivência do mais
apto” mas também um pouco ao acaso.