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Marcela Ogo Leandro Godoy

Ensino Médio Componente curricular

Biologia Ensino Médio Componente Biologia curricular

Manual do Professor

Biologia

Biologia

Manual do Professor

ISBN 978-85-8392-080-9

9

788583 920809

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Ensino Médio Componente curricular Biologia

Marcela Yaemi Ogo

Leandro Pereira de Godoy

Licenciada em Ciências Biológicas pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR).

Licenciado e bacharel em Ciências Biológicas pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR).

Especialista em Biologia Aplicada à Saúde pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR).

Mestre em Microbiologia pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR).

Especialista em Análise e Educação Ambiental em Ciências da Terra pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR).

Atuou como professor na rede particular de Ensino Superior.

Mestre em Ensino de Ciências e Educação Matemática pela Universidade Estadual de Londrina (UEL-PR). Atuou como professora da rede pública no Ensino Médio no estado do Paraná. Atua como professora da rede pública no Ensino Fundamental no estado do Paraná. Realiza palestras e assessorias para professores em escolas particulares e públicas.

Manual do Professor

Biologia

Atua como professor no ensino técnico profissionalizante. Ministrou aulas na rede estadual de ensino do Paraná para o Ensino Fundamental, Ensino Médio e Ensino Técnico. Realiza palestras e assessorias para professores em escolas públicas e particulares. Autor de livros didáticos para o Ensino Fundamental

Autora de livros didáticos para o Ensino Fundamental.

1a. edição

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São Paulo

2016

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Copyright © Marcela Yaemi Ogo, Leandro Pereira de Godoy, 2016

Diretor editorial Gerente editorial Editora Editora assistente Gerente de produção editorial Coordenadora de produção Coordenadora de arte Coordenador de produção editorial Coordenadora de arte Coordenadora de preparação e revisão Supervisora de preparação e revisão Revisão Coordenador de iconografia e licenciamento de textos Supervisora de licenciamento de textos Iconografia Coordenadora de ilustrações e cartografia Diretor de operações e produção gráfica Produção editorial Edição Assistência editorial Assessoria Projeto gráfico Capa Imagem de capa Edição de imagens Edição de ilustrações Diagramação Tratamento de imagens Ilustrações Cartografia Revisão Assistência de produção Autorização de recursos Pesquisa iconográfica Editoração eletrônica

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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Ogo, Marcela Yaemi #Contato biologia, 3o ano / Marcela Yaemi Ogo, Leandro Pereira de Godoy. – 1. ed. – São Paulo : Quinteto Editorial, 2016. – (Coleção #contato biologia) “Componente curricular: biologia” ISBN 978-85-8392-079-3 (aluno) ISBN 978-85-8392-080-9 (professor) 1. Biologia (Ensino médio) I. Godoy, Leandro Pereira de. II. Título. III. Série.

16-02500    

CDD-574.07

Índices para catálogo sistemático: 1. Biologia : Ensino médio

Reprodução proibida: Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998. Todos os direitos reservados à Quinteto Editorial Ltda. Rua Rui Barbosa, 156 – Bela Vista – São Paulo-SP CEP 01326-010 – Tel. (11) 3598-6000 Caixa Postal 65149 – CEP da Caixa Postal 01390-970

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574.07

Em respeito ao meio ambiente, as folhas deste livro foram produzidas com fibras obtidas de árvores de florestas plantadas, com origem certificada.

Impresso no Parque Gráfico da Editora FTD S.A. CNPJ 61.186.490/0016-33 Avenida Antonio Bardella, 300 Guarulhos-SP – CEP 07220-020 Tel. (11) 3545-8600 e Fax (11) 2412-5375

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Genética

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Capítulo 1

Capítulo 4

Introdução à Genética: primeira lei de Mendel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Origem dos estudos sobre Genética e hereditariedade.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Os estudos de Mendel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Conceitos básicos de Genética.. . . . . . . . . . . . . . . . . 16 A relação entre a meiose e a primeira lei de Mendel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Probabilidade e Genética. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Quadro de Punnett. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Heredograma.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Trocando ideias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

••Até que ponto a herança genética é responsável pela nossa saúde?

Capítulo 2

Variações no padrão de herança. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

O estudo das interações e ligações gênicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Interações gênicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Epistasia.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Pleiotropia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Herança quantitativa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Ligação gênica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Mapeamento genético. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Trocando ideias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

••Mapeamento genético e o câncer

Capítulo 5

Cromossomos sexuais e alterações cromossômicas. . . . . . . . . . . 68 Cromossomos sexuais e determinação do sexo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Cromossomos sexuais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Variações de dominância. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Dominância incompleta. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Herança ligada ao sexo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Codominância. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Herança holândrica.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Alelos letais.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Herança influenciada pelo sexo. . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Herança limitada pelo sexo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

Sistema ABO.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

Alterações cromossômicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Sistema Rh.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Alterações cromossômicas estruturais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Segunda lei de Mendel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Mendel e o estudo de duas características.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 A meiose e a segunda lei de Mendel. . . . . . . . . 41

Encontro com... Geografia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

••Revolução Verde

Trocando ideias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

••Aconselhamento genético

Capítulo 6

Código genético e biotecnologia.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 DNA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

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Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

Jean Michel Labat/ Ardea/Diomedia

Alterações cromossômicas numéricas.. . . . . . 77

Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

Capítulo 3

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Interações e ligações gênicas. . . . . . . . 48

Herança ligada aos cromossomos X e Y.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Alelos múltiplos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

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Replicação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

cameilia/ Shutterstock.com

unidade

Sumário

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RNA.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Síntese proteica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Organismos geneticamente modificados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

Transcrição. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Clonagem celular e de organismos. . . . . 100

Tradução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

Projeto Genoma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

Mutações gênicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

Pós-genômica.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Conceito de gene. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

Introdução à biotecnologia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Engenharia Genética. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

unidade

DNA recombinante. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

Explorando o tema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Existem raças humanas?

Evolução

.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Capítulo 7

Introdução ao estudo da Evolução. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 História do estudo da evolução. . . . . . . . . . . . . . 113 Alguns equívocos sobre evolução. . . . . . . . . . . . 119 Evidências da evolução.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Encontro com... Paleontologia.. . . . . . . 123

••Sítios paleontológicos do Brasil

110

Linhagem dos primatas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 História evolutiva do ser humano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Explorando o tema. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Linguagem e comunicação humana

Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Capítulo 8

Genética de populações e Síntese moderna da Evolução. . . . . . . 130 Genética de populações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Frequência genotípica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Frequência gênica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Equilíbrio de Hardy-Weinberg. . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Síntese moderna evolutiva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Mutações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Recombinação gênica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Deriva genética. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Migração. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Seleção. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Especiação.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

Atividades.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

••Isolamento causado pelo ser

humano e ameaça de extinção

Capítulo 9

Tempo geológico e Evolução humana. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Tempo geológico e evolução dos seres vivos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

Elisabeth Daynes/SPL/Latinstock

Trocando ideias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

Tempo geológico.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148

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StevenRussellSmithPhotos/ Shutterstock.com

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Ecologia

166

Capítulo 10

Introdução à Ecologia e ciclos biogeoquímicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Ecologia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Mutualismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Alguns conceitos básicos em Ecologia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Protocooperação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Biossistemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

Ciclos biogeoquímicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Ciclo da água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Ciclo do carbono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Ciclo do nitrogênio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Ciclo do oxigênio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Atividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Capítulo 11

Relações entre os seres vivos: cadeia alimentar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Relações entre os seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . 185 Cadeia alimentar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Oficina de Biologia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Fluxo de energia na cadeia alimentar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Teia alimentar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 Pirâmides ecológicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

Atividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Capítulo 12

Outras relações entre os seres vivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198 Relações ecológicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

Comensalismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Competição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Predatismo ou predação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Canibalismo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Encontro com... Antropologia . . . . . . . . 205

• Antropofagia e cultura

Parasitismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Alelopatia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Amensalismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

Estratégias de sobrevivência. . . . . . . . . . . . . . . . 209 Camuflagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Mimetismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Atividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Capítulo 13

Ecologia de populações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 Estrutura e dinâmica de populações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Densidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Distribuição espacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 Variação da densidade populacional . . . . . 215 Potencial biótico e resistência ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Encontro com... Matemática . . . . . . . . . . . . 217

• Crescimento exponencial bacteriano

Colônia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

Estrutura etária. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

Sociedade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

Fatores reguladores do tamanho populacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Competição . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Predação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Parasitismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Sucessão ecológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Tipos de sucessão ecológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

Estratificação vertical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224 Ger Bosma Photos/ Shutterstock.com

Atividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

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Explorando o tema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 O ser humano e a extinção dos grandes mamíferos

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unidade

Recursos naturais e biodiversidade

............................................................

230

Capítulo 14

Biomas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Biomas terrestres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Tundra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Taiga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Campos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Floresta Temperada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 Floresta Pluvial Tropical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Savana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Deserto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Biomas brasileiros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Floresta Amazônica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240 Mata Atlântica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Caatinga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244 Cerrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Encontro com... História . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

• Revolução Industrial e poluição

Pantanal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

Água . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

Encontro com... Geografia. . . . . . . . . . . . . . . . 248

Água e problemas ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

• Pantanal: alternância de secas e alagamento

Ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

Pampas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

Ar e problemas ambientais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

Biomas costeiros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

Inversão térmica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

Manguezal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

Chuva ácida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

Restinga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

Solo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

Atividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Solo e problemas ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

Trocando ideias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

Sustentabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

• Unidades de conservação e biodiversidade

Capítulo 15

Problemas ambientais e biodiversidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 O ser humano e os problemas ambientais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

Água e sustentabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Ar e sustentabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 Solo e sustentabilidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

Atividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

Explorando o tema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Aquecimento global e biodiversidade

Ampliando seus conhecimentos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282 Espaços não formais de ensino-aprendizagem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285 Bibliografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288 Lista de siglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 288

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Para conhecer seu livro Quantas notícias você ouviu ultimamente que envolvem o ambiente, animais, plantas, genética, microrganismos, doenças e suas possíveis curas? E quantas vezes, em seu cotidiano, você se deparou com a necessidade de entender e até mesmo de opinar sobre estes e outros assuntos relacionados à Biologia? Nesta coleção você estudará os aspectos biológicos da vida, bem como as relações que os seres vivos mantêm entre si e como eles evoluem. Com isto, perceberá o quanto somos responsáveis pelo planeta e descobrirá o que podemos fazer para conservá-lo. Você também terá oportunidades de analisar criticamente as pesquisas científicas e como elas impactam cada ser vivo e o ambiente que nos cerca. Todo o estudo é proposto utilizando uma linguagem simples, permeado de imagens e textos autênticos próximos à sua realidade, abordando temas relevantes em nossa sociedade. Assim, você verá que a Biologia está relacionada à cultura e à sociedade, além de ter sua importância histórica e científica. Veja a seguir como esta coleção é organizada e como ela pode ajudá-lo no estudo da Biologia.

Dann Tardi/Blend Images/LWA/Easypix

Os autores.

Abertura de unidade

A unidade é iniciada com base em uma fotografia e em um texto, os quais permitirão que você conheça o tema geral a ser trabalhado nos capítulos seguintes.

Mulher amamentando.

Outras relações entre os seres vivos

capítulo

A microbiota ou flora intestinal se refere a todos os microrganismos encontrados naturalmente nos intestinos dos seres vivos, onde atuam em diferentes funções, como, por exemplo, na digestão de alimentos e absorção de nutrientes, na produção de vitaminas e na proteção contra patógenos. Essa microbiota é formada, basicamente, por bactérias, e sua composição pode ser alterada por diferentes fatores, como idade, alimentação, consumo de remédios, fatores ambientais, entre outros. Dann Tardi/Blend Images/LWA/Easypix

Abertura de capítulo

capítulo

Mulher amamentando.

A formação da microbiota normal de um ser humano se inicia logo após o parto. O leite materno é uma importante fonte e também estimulante do crescimento de muitos microrganismos formadores da microbiota normal do recém-nascido. Alguns desses microrganismos podem ser regularmente benéficos ao ser humano, como as bifidobactérias, que estimulam as defesas imunológicas e produzem vitaminas, ou podem ser prejudiciais, como os clostrídios, que produzem substâncias nocivas ao organismo.

Os microrganismos constituintes da microbiota intestinal interagem uns com os outros. Bactérias Escherichia coli, por exemplo, inibem o crescimento de bactérias nocivas à saúde, como Shigella sp., quando disputam fontes de carbono; Bactérias do gênero Outras relações entre os seres vivos Lactobacillus disputam sítios de adesão intestino e possui produzem uma substâncias que iniA microbiota ou flora intestinal se refere a todos os microrganismos encontrados O no capítulo abertura naturalmente nos intestinos dos seres vivos, onde atuam em diferentes funções, como, por exemplo, na digestão de alimentos e absorção de nutrientes, na produção de vibem o crescimento de outras bactérias; por meio do consumo de gás oxigênio, bactétaminas e na proteção contra patógenos. Essa microbiota é formada, basicamente, paraocontextualizar o assunto por bactérias, e sua composição pode ser alterada por diferentes fatores, como idade, rias facultativas criam condições que favorecem crescimento de bactérias anaeróbias. alimentação, consumo de remédios, fatores ambientais, entre outros. A formação da microbiota normal de um ser humano se inicia logo após o parto. O leite materno é uma importante fonte e também estimulante do crescimento de muitos microrganismos formadores da microbiota normal do recém-nascido. Alguns desses microrganismos podem ser regularmente benéficos ao ser humano, como as bifidobactérias, que estimulam as defesas imunológicas e produzem vitaminas, ou podem ser prejudiciais, como os clostrídios, que produzem substâncias nocivas ao organismo.

A B

Os microrganismos constituintes da microbiota intestinal interagem uns com os outros. Bactérias Escherichia coli, por exemplo, inibem o crescimento de bactérias nocivas à saúde, como Shigella sp., quando disputam fontes de carbono; Bactérias do gênero Lactobacillus disputam sítios de adesão no intestino e produzem substâncias que inibem o crescimento de outras bactérias; por meio do consumo de gás oxigênio, bactérias facultativas criam condições que favorecem o crescimento de bactérias anaeróbias.

C

A B C

198

De acordo com o texto, o aleitamento materno interfere na flora intestinal do ser humano? Justifique. A composição da flora intestinal pode variar ao longo da vida? Se sim, que fatores podem interferir nessa constituição? Identifique as interações estabelecidas entre as diferentes espécies citadas no texto acima.

que será abordado. Com uma imagem,

De acordo com o texto, o aleitamento materno interfere na flora intestinal do ser humano? Justifique. um texto e algumas questões, é A composição da flora intestinal pode variar ao longo da vida? Se sim, que fatopossível que você se familiarize e res podem interferir nessa constituição? Identifique as interações estabelecidas entre diferentes verificando espécies citadas o noque explore o as assunto, texto acima.

já sabe sobre ele.

198

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Com a tesoura, peça ao adulto que faça pequenos buracos nas laterais da caixa de papelão, a fim de permitir a circulação de ar dentro da caixa.

B

Despeje os resíduos orgânicos no fundo da caixa. Coloque o dobro de matéria orgânica seca sobre a camada de resíduos orgânicos e borrife água sobre ela.

C

Com a pá, misture bem as camadas de matéria orgânica, e distribua essa mistura uniformemente no fundo da caixa.

D

Com a caneta, marque o volume ocupado pela mistura na lateral da caixa e anote a data ao lado da indicação.

E

Cubra a abertura da caixa com a tela. Mantenha-a em local protegido da chuva e da incidência direta de luz solar, durante 28 dias.

F

A cada dois dias, remexa completamente a mistura dentro da caixa para circular o ar. Ao fazer isso, toque a mistura e observe se ela está úmida e quente. Anote essas informações no caderno.

G

A cada sete dias, verifique o volume ocupado pelo material dentro da caixa e faça uma nova marcação na lateral da caixa. Anote também as datas.

H

Após os 28 dias, observe a quantidade de material dentro da caixa e compare-a com a quantidade inicial. Verifique se os resíduos orgânicos que você colocou no início da atividade ainda estão presentes na caixa.

!

Ilustrações: Somma Studio

Lave as mãos com água e sabão imediatamente após tocar a mistura de matéria orgânica a fim de evitar contaminação.

Para pensar O composto resultante desse processo pode ser utilizado em hortas, pois oferece nutrientes para as plantas.

1. Qual é a importância do ar nessa atividade? 2. O que aconteceu com o volume dos resíduos ao longo dos 28 dias? O

Unidade 2

Representação de um mesossauro. Os mesossauros eram répteis nadadores e carnívoros, de aproximadamente um metro de comprimento. Seus fósseis podem ser encontrados na África e na América do Sul, evidência de que esses continentes foram unidos no passado.

ção Santana, com muitos fósseis bem preservados, dos quais se destacam peixes, insetos e plantas angiospermas. A diversidade dos insetos e a variedade morfológica dos fósseis vegetais (caules, folhas, sementes, flores e frutos) fornecem um registro significativo para o estudo da evolução das angiospermas. Além de fósseis animais e vegetais, também é possível encontrar estromatólitos de diversos formatos no sítio paleontológico Fazenda Cristal, na Bahia. Estromatólitos são fósseis formados pela atividade de microrganismos em ambientes aquáticos. Os icnofósseis, fósseis formados por vestígios das atividades de animais, tais como pegadas e rastros deixados nos sedimentos, podem ser encontrados em diversos sítios paleontológicos brasileiros. Um exemplo são os registros da atividade fossorial de mamíferos extintos no Rio Grande do Sul: túneis de grandes dimensões, abertos ou preenchidos por sedimentos, com marcas de escavações e impressões corporais nas paredes. Esses registros fornecem informações sobre as espécies responsáveis por essas impressões, bem como sobre seu comportamento.

material resultante contém resíduos orgânicos?

Evolução

188

Na seção Oficina de Biologia você terá a oportunidade de colocar em prática atividades referentes ao assunto estudado. O roteiro de procedimentos tem o objetivo de levá-lo a desenvolver as atividades com autonomia e segurança. No final, as questões o ajudarão a refletir sobre os resultados encontrados.

Desde 1991, o IBGE adota cinco categorias de cor em que a população brasileira pode se enquadrar, entre elas, branca, preta, amarela (indivíduos que declaram ser de origem asiática), parda (indivíduos que se declaram mestiços de qualquer tipo, resultante da miscigenação das outras categorias) ou indígena. No entanto, as categorias adotadas pelo IBGE não são baseadas apenas nos fenótipos resultantes da herança quantitativa, mas também nas questões étnico-raciais. Veja, na tabela ao lado, como os brasileiros autodeclararam a sua cor no último censo realizado no Brasil.

Unidade 1

População brasileira, censo 2010 Cor

Porcentagem (%)

RepresentaçãoBranca de Preta um indivíduo do Amarela Parda ecossistema Rio Negro.

2. Se você fosse questionado sobre a sua cor e não precisasse se enquadrar nas cinco categorias do IBGE, qual seria a sua resposta? E se fosse dentro dessas categorias?

Indígena

Genética

123

A seção Biologia e... possibilita que você conheça a aplicação da Biologia na Tecnologia, na Saúde, no Ambiente, na Cultura e na Sociedade. Nela, são apresentados Representação de temas variados, como inovações da uma população do ecossistema Rio Negro. ciência, a importância dos hábitos diários para a saúde, temas 6. Quantas populações de ambientais, a valorização das animais são representadas nesse ecossistema? diferentes culturas e o impacto da Biologia na nossa sociedade.

Na seção Encontro com... você encontra textos que formam conexões com outras áreas do saber. Você perceberá como no nosso dia a dia a Biologia está conectada a outros conhecimentos.

Dr. D. P. Wilson/Science Source/Fotoarena

Os ecossistemas podem apresentar tamanhos extremamente variáveis, desde a biosfera como um todo, que pode atuar como um grande ecossistema, a um rio, uma pequena poça de água e, até mesmo, uma gota de água. Logo, qualquer sistema que apresente componentes bióticos e abióticos, que interajam uns com os outros trocando energia e materiais e que possuam uma fonte de energia, podem ser considerados ecossistemas. Plâncton (aumento aproximado de 20 vezes), que pode ser encontrado em uma gota de água, considerada um ecossistema. Os seres vivos autótrofos (fitoplâncton) e heterótrofos (zooplâncton) constituem a porção biótica do sistema, enquanto a água, o gás oxigênio, a luz solar e os nutrientes presentes na constituem a porção abiótica dessena ecossistema. 7. Observe a relaçãoágua filogenética entre alguns primatas ilustração ao lado.

d ) Qual é a primeira espécie a se diferenciar na evolução desse grupo? e ) Quem é mais próximo evolutivamente, 2 e 3 ou 5 e 6? f ) Considere que essa relação se refere aos primatas e que 2 são os hominídeos. Que grupos 3, 4, 5 e 6 poderiam representar?

Ilustração produzida com base em: FUTUYMA, D. J. Biologia evolutiva. 2. ed. Ribeirão Preto: FUNPEC-RP, 2002. p. 536.

173

Unidade 2

Nesse boxe, você verá informações que complementam 3 4 5 o assunto 2abordado no 6capítulo, a ) Que número representa o ancestral comum a todos esses seres vivos? com curiosidades b ) A espécie 4 se diferenciou antes das espécies 5 eaprofundando-o 6? Ecologia c ) 2 é o ancestral comum a 3 e 4? e novidades. Rogério Casagrande

Unidade 3

Este boxe apresenta o significado das palavras destacadas no texto.

Reação fotoquímica: tipo de reação química induzida pela luz.

7,6%

43,1%

Fonte: IBGE. Censo Demográfico 2010. Disponível em: <www.ibge.gov.br/english/estatistica/populacao/censo2010/ caracteristicas_da_populacao/tabelas_pdf/tab3.pdf>. Acesso em: 5 maio 2016.

Tamanho de um ecossistema

*

47,7%

1,09%

0,42%

A população é um grupo de indivíduos da mesma espécie que vive em uma área específica, em determinado tempo, interagindo uns com os outros e com o57 ambiente. Os organismos que compõem uma população se assemelham uns aos outros quanto à aparência, ao comportamento, à composição genética, ao hábitat, geralmente compartilhando o mesmo nicho ecológico. Em um ecossistema, cada população apresenta uma faixa ideal de componentes abióticos, na qual se desenvolve e reproduz mais intensamente. No ecossistema Rio Negro, existem diferentes populações, ou seja, diferentes grupos de espécies.

Pegada de um dinossauro terópode, portanto um icnofóssil.

Explique.

41,91

Fóssil de ranúnculo (Ranunculus sp.) à esquerda e de angiosperma aquática (Montsechia vidalii) à direita. O estudo dos fósseis de plantas recebe o nome de Paleobotânica.

Representação de parte do ecossistema Rio Negro.

3. Na etapa F, foi possível perceber a presença de umidade e de calor?

Branca

A diversidade dos tons de pele já deixou muitas pessoas em economia da natureza. 5. ed. Clara 2,49 dúvida sobre qual seria sua verdadeira “cor”. Um exemplo foi obRio de Janeiro: Guanabara servado em uma pesquisa realizada pelo Instituto Brasileiro de Morena-clara 2,79 Koogan, 2009. p. 3. Geografia e Estatística (IBGE) no ano de 1976. Um dos questioMorena 34,42 namentos se referia à cor da pele da pessoa. Nas respostas Parda 7,55 foram detectados mais de 135 termos diferentes para definir a cor da pele, tais como morena-bronzeada, mista, polaca, galega, 4,43 Preta castanha-clara, castanha-escura, entre outros. Veja os termos Fonte: WOOD, C. H.; CARVALHO, J. A. M. Categorias do censo e classificação subjetiva de cor no Brasil. Revista Brasileira mais citados na tabela ao lado. de Estudos de População, Campinas, v. 11, n. 1. 1994. p. 3-17.

Unidade 3

para cobrir a caixa de papelão

• água

Mãos à obra A

No Brasil, a diversidade de cor da pele da população evidenDistribuição da população brasileira cia a intensa miscigenação entre descendentes de ameríndios, cor, censo de 1976 Ilustrações por produzidas com africanos e europeus, sendo estes últimos os povos com maior Cor da pele Porcentagem (%) procedência migratória ao longo da história do país. base em: RICKLEFS, R. E. A

Luis Louro/Shutterstock.com

ovos e borra de café

• borrifador

Qual é a sua cor?

Os seres humanos apresentam uma grande diversidade quanto à cor da pele. Essa diversidade está diretamente associada à interação entre os fatores genéticos e ambientais, tais como a exposição aos raios ultravioleta do Sol.

Studio Caparroz

• 1 caixa grande de papelão • matéria orgânica seca em bastante quantidade, tais como folhas secas, • tesoura com pontas arredondadas serragem e folhas de jornal • resíduos orgânicos, tais como cascas, talos e folhas de frutas e • 1 pá de plástico verduras cruas e cortadas em • 1 caneta pedaços pequenos, cascas de • 1 tela fina, de tamanho suficiente

Jan Sovak/Stocktrek Images/Corbis/Latinstock

!

Coloque a caixa em um local em que não haja circulação de pessoas e de animais.

O organismo é cada indivíduo que compõe uma população, sendo a unidade fundamental Quando se trata de fósseis, um dos exemplos mais da dinossauros. Ecologia. Eles são responsáveis por lembrados são os dos extintos Os sítios paleo ntológicos Peirópolis e Serra da Galga, em Minas transformar e processar materiais, Gerais, possuem muitos fósseis de dinossauros, em energia ótimo estado de conservação. Além desses sítios, também modificando as condições do ambiente e os é possível encontrar diferentes fósseis de mesossauros ao longo da Bacia do Paraná, que percorre desde o Rio recursos disponíveis. Assim, os organismos Grande do Sul até Goiás e Mato Grosso. O sítio paleontológico Serra do Caiapó, em Goiás, destaca-se pelo que compõem abundante número de fósseis de mesossauros em ótimo uma população contribuem estado de conservação. para fluxos Um dos mais ricos registros fósseis os brasileiros encon- de energia e para o ciclo de tra-se na bacia São José do Itaboraí, no Rio de Janeiro. nados natureza. No Rio Negro, cada Esse sítio paleontológico é elementos conhecido como “berço mamíferos”, pois abriga fósseis preservados de animais animal, como o gambá e o tatu. Esses fósseis foram planta, de importân- fungo, bactéria ou outro ser cia fundamental para a compreensão da evolução dos mamíferos sul-americanos. vivo representa um organismo desse Nos estados do Piauí, de Pernambuco e do Ceará, enecossistema aquático. contra-se o sítio paleontológico Membro Crato da FormaAlbert Lleal/Minden Pictures/Latinstock

Peça a um adulto para furar a caixa de papelão com a tesoura.

Biologia e Sociedade

Sítios paleontológicos do Brasil Sítios paleontológicos são regiões que, ao longo da história, propiciaram a formação e a preservação de fósseis. O estudo integrado dos diversos sítios paleontológicos espalhados pelo planeta é importante para compreender a evolução e a biogeografia das espécies. Até 2013, foram reconhecidos 37 sítios paleontológicos no Brasil, de acordo com a Comissão Brasileira de Sítios Geológicos e Paleobiológicos (SIGEP).

John Cancalosi/Alamy Stock Photo/Latinstock

Materiais

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Paleontologia

Vimos que a decomposição dos resíduos orgânicos na cadeia alimentar é feita por organismos decompositores. Uma maneira de observar esse processo é por meio da compostagem de resíduos orgânicos, em que a matéria orgânica é transformada pela decomposição. Veja como isso ocorre, realizando a atividade a seguir.

Encontro com...

Oficina de Biologia

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8. (USP) Há três milhões de anos, os ancestrais dos seres humanos ainda passavam grande parte de suas vidas nas árvores. Mas, de acordo com um novo estudo, é possível que naquela época eles já caminhassem como bípedes. Há mais de 30 anos foi descoberto em Laetoli, na Tanzânia, um rastro de pegadas fósseis depositadas há 3,6 milhões de anos e preservadas em cinzas vulcânicas. A importância dessas pegadas para o estudo da evolução humana tem sido intensamente debatida desde então. As pegadas, que mostravam clara evidência de bipedalismo – a habilidade para caminhar na posição vertical –, haviam sido produzidas, provavelmente, por indivíduos da única espécie bípede que vivia naquela área na época: os Australopithecus afarensis. Essa espécie inclui Lucy, um dos fósseis de hominídeos mais antigos encontrados até hoje e cujo esqueleto é o mais completo já conhecido.

Essa seção traz atividades diversificadas, com questões contextualizadas e desafiadoras que o ajudarão a organizar os conceitos estudados e relacioná-los a outras áreas do conhecimento. Além de trazer também questões de vestibulares e do Enem, você vai encontrar 9. (UEL-PR) A árvore filogenética, representada na figura a seguir, é construída com base nas atividades enriquecidas com diferentes comparações de DNA e proteínas. Com base na análise dessa árvore filogenética, assinalêmures recursos, como tirinhas, reportagens, le a alternativa correta. macacosmanchetes, do Velho Mundo pinturas, fotografias a ) O grupo formado pelos lêmures é o mais recente, porque divergiu há mais tempo de um ancestral comum. e ilustrações, que visam facilitar macacos do Novo Mundo b ) Os chimpanzés apresentam maior proximidade filogenética com os gorilas do que com os humanos. gibõesaprendizado, tornando-o seu c ) Os gorilas compartilham um ancestral comum mais orangotangos mais prazeroso. recente com os gibões do que com o grupo forma-

Atividades

Agência FAPESP, 22 mar. 2010. Disponível em: <www.agencia.fapesp.br/boletim/22032010>. Acesso em: 1o jul. 2010.

do por chimpanzés e seres humanos. d ) Os gorilas são os ancestrais comuns mais recentes do grupo formado por chimpanzés e seres humanos. e ) Os macacos do Velho Mundo e do Novo Mundo apresentam grande proximidade filogenética entre si.

gorilas chimpanzés seres humanos

Rogério Casagrande

De acordo com o texto, a ) as pegadas fósseis encontradas na Tanzânia eram de indivíduos da espécie Homo sapiens. b ) o homem evoluiu a partir de macacos que viviam em árvores. c ) os Australopithecus afarensis caminhavam na posição vertical. d ) Lucy é o mais antigo fóssil da espécie Homo sapiens já encontrado. e ) Lucy e os da sua espécie não tinham habilidade para caminhar na posição vertical.

Refletindo sobre o capítulo A Retome o conteúdo da página 147. No passado, paleontólogos encontraram fósseis de um réptil extinto chamado de Mesosaurus brasiliensis tanto na costa brasileira quanto na costa africana. Explique por que a mesma espécie é encontrada nos continentes africano e sul-americano.

Ao fim de cada capítulo, a seção Refletindo sobre o capítulo apresenta questões que retomam o conteúdo e o ajudam perceber vai seu aprendizado. Cite duas características do ser humano atual que o difere das a demais espécies docomo gênero Homo. Além disso, traz questões para você refletir Evolução 163 e suas sobre alguns assuntos estudados consequências em nossa sociedade.

B Quais são as mudanças observáveis que ocorreram no ser humano durante sua evolução?

C Retome o conteúdo da página 159. Embora os nutrientes estejam relacionados ao desenvolvimento do cérebro nos hominídeos, o excesso de nutrientes e de calorias na alimentação ocasionou alguns problemas de saúde. Converse com seus colegas sobre esses problemas e suas consequências. D

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Trocando ideias

Essa seção aparece no final de alguns capítulos e é composta de textos que abordam temáticas de relevância científica, social, histórica ou cultural fundamentais ao exercício da cidadania. Além de textos, você encontrará diferentes recursos, como cartazes, fotografias e ilustrações, e questionamentos que oportunizam a argumentação e o olhar crítico sobre a ciência.

Explorando o tema

Você encontrará essa seção no final de cada unidade, com textos informativos relacionados a temas atuais, em conjunto com diversos recursos, como ilustrações, fotografias, infográficos, entre outros. As questões o ajudarão a interpretar o texto, levantar pontos de discussão e trocar ideias com seus colegas. Além de ampliar seus conhecimentos sobre Biologia, você também vai investigar sua presença e influência em nosso cotidiano e na sociedade.

Ampliando seus conhecimentos

fascinante aventura da vida, de Neide Simões de Mattos e Suzana Facchini Granato. São Paulo: Atual, 2006. (Coleção Projeto Ciências).

• Água, de Sonia Salem. São Paulo: Ática, 2006.

Por meio de uma história, a autora o levará a ver onde existe água em nosso planeta e porque devemos conservar esse recurso natural. Também será apresentado a situações que levam ao consumo excessivo de água. Assim, você poderá refletir sobre o uso e desperdício da água no planeta e pensar em atitudes que ajudarão a manter esse recurso tão precioso.

Editora WMF Martins Fontes

• A Revolução da Evolução: de Darwin ao DNA, de Robert Winston. São Paulo: Caramelo, 2009.

• Coleção

Um pé de quê?, de Fabiana Werneck Barcinski. São Paulo: WMF Martins Fontes, 2011. Nessa coleção, você conhecerá algumas árvores brasileiras, os biomas em que elas são encontradas e suas características. Além de relembrar os conceitos sobre as plantas que você já estudou, irá conhecer mais informações sobre o ambiente em que essas plantas são encontradas e sua importância na cultura brasileira.

Para assistir

• A era do gelo. Direção de Chris Wedge e Carlos Saldanha, 2002. Fox Film do Brasil, Estados Unidos. (81 min.)

O filme é uma animação que mostra a história de três amigos, uma preguiça-gigante, um mamute e um tigre-dentes-de-sabre, que encontram uma criança e buscam uma maneira de entregá-la a sua família. Enquanto isso, o novo bando passa por diversas confusões com outros animais da era glacial. A animação retrata as relações entre os animais de um bando como o do tigre-dentes-de-sabre, mostra outros animais extintos e como eles viviam.

• Criação. Direção de Jon Amiel, 2009. WMIX Distribuidora, Estados Unidos. (100 min.)

Esse filme retrata parte dos conflitos vividos por Charles Darwin antes de publicar sua obra A origem das espécies. Nesse enredo é possível conhecer o lado humano do cientista, perceber que ele sente falta de sua falecida filha e não publica suas ideias por causa do conflito existente entre suas descobertas e suas crenças religiosas.

Esse ícone indica que você deve responder à questão oralmente.

Filme de Chris Wedge e Carlos Saldanha. A era do gelo. EUA. 2002

Editora Ática

2. ed. São Paulo: Difusão Cultural, 2010.

Esse ícone indica que você deve responder à questão no caderno.

Filme de Jon Amiel. Criação. EUA. 2009

Para ler

• A evolução da vida na Terra, de Ingrid Biesemeyer Bellinghausen. •A

Esse ícone indica que as cores das ilustrações não correspondem às reais.

• Diversidade da vida, de Edward O. Wilson. São Paulo: Compaa adaptação e a sobrevivência dos seres vivos no planeta, de David Burnie. São Paulo: Publifolha, 2008. O autor narra a história da evolução, com base nos fósseis e evidências vivas. Em linguagem simples e acessível o livro traz imagens que ajudam a reconhecer a ocorrência de seleção natural e seleção sexual, as especiações, as extinções em massa e as adaptações dos seres vivos. Esse livro ajuda a conhecer a história dos seres vivos e sua evolução no planeta.

• Frankenstein:

a clonagem humana. Direção de Di Agostini, 2006. Cannes Produções, Estados Unidos. (48 min.) Nesse documentário sobre a clonagem humana, o tema é discutido por meio de relatos de médicos e de cientistas. Além disso, participam juristas, teólogos e autoridades respeitadas mundialmente na área de Biotecnologia.

Filme de Di Agostini. Frankenstein: a clonagem humana. EUA. 2006

Editora Publifolha

nhia de bolso, 2012.

• Evolução:

Esse filme propicia uma reflexão sobre as possibilidades futuras de clonagem e discute aspectos éticos sobre o tema.

Esse ícone indica que as imagens apresentadas na página não possuem proporção de tamanho entre si.

• Destruição e Equilíbrio: o homem e o ambiente no espaço e no • O aquecimento global, de Fred Pearce. 2. ed. São Paulo: Publifolha, 2002.

• Os segredos da água: experimentos fáceis e divertidos, da Associação francesa Petits Débrouillards. São Paulo: SM, 2005.

• Poluição do ar, de Samuel Murgel Branco. 2. ed. São Paulo: Moderna, 1996. (Coleção Polêmica).

• Processos Interativos homem – meio ambiente, de David Drew.

• Gattaca: experiência genética. Direção de Andrew Niccol, 1997. Columbia Tristar Films of Brasil, Estados Unidos. (112 min.)

Esse enredo retrata a humanidade no futuro, em que as pessoas são selecionadas antes do nascimento e as que são geradas naturalmente ficam à margem da sociedade. Trata-se de uma crítica em busca da perfeição genética, quando se teria uma sociedade em que as pessoas poderiam ser selecionadas artificialmente segundo suas características genéticas.

Filme de Andrew Niccol. Gattaca: experiência genética. EUA. 1997

tempo, de Sérgio de Almeida Rodrigues. 16. ed. São Paulo: Atual, 2004

Esse ícone indica algumas dicas para facilitar as atividades práticas.

9. ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil. 2015.

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283

A seção Ampliando seus conhecimentos, presente no final do livro, traz sugestões de leitura para que você possa se aprofundar nos assuntos abordados no volume. Além disso, também são sugeridos filmes que abordam temáticas de Biologia em diferentes contextos. Tanto a literatura quanto o cinema podem contribuir para que sua aprendizagem de Biologia se torne mais prazerosa e dinâmica.

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Esse ícone indica os cuidados necessários na realização das atividades práticas, a fim de evitar acidentes. Esse ícone indica sugestões de sites nos quais você pode encontrar diferentes recursos e ampliar os conteúdos abordados no capítulo.

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unidade Ysbrand Cosijn/ Shutterstock.com

GenĂŠtica

Cultivo de tulipas.

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Ser vivo adulto Tulipa: pode atingir de 20 cm a 75 cm de altura.

Algumas diferenças entre os seres vivos são facilmente notadas. Entre­ tanto, outras são percebidas somente em níveis moleculares. Essas semelhanças e diferenças estão relacionadas a bilhões de anos de combinações e recombina­ ções entre o material genético, que garan­ tem o surgimento de novas características, podendo ou não levar à formação de no­ vas espécies. A Genética é a ciência que estuda a here­ ditariedade e os genes responsáveis pela expressão das características presentes nos seres vivos. Seu estudo permite compreen­ der os processos relacionados ao desen­ volvimento e à evolução da vida. Além disso, possibilita não somente entender a origem da variação das características transmiti­ das ao longo das gerações nas espécies, mas também modificar aquelas de interes­ se a partir da manipulação dos genes. Nesta unidade, dedicaremos nosso es­ tudo à Genética, desde suas primeiras descobertas até as tecnologias presentes em nosso cotidiano, abrindo espaço tam­ bém para aquelas que podem estar pre­ sentes em um futuro não tão distante.

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wavebreakmedia/Shutterstock.com

capítulo

Família. Note como os filhos apresentam características semelhantes às dos pais.

Introdução à Genética: primeira lei de Mendel Leia o trecho da reportagem a seguir.

Colonoscopia: exame feito por meio de um aparelho que permite a visualização de parte do intestino grosso e do reto.

A) Elas estão relacionadas à hereditariedade, ou seja, à transmissão de características de uma geração para outra por meio de genes. B) A transmissão se inicia durante a formação dos gametas da maioria das espécies, seguida da fecundação. Nela, ocorre a combinação dos genes presentes nos cromossomos do gameta masculino (espermatozoide) e nos cromossomos do gameta feminino (óvulo), o que definirá as características do novo indivíduo formado. C) Resposta pessoal.

Marty e Matt Reiswig, dois irmãos de Denver, Estados Unidos, sabiam que o mal de Alzheimer atacava sua família, mas nenhum deles entendia o porquê. [...] Na família Reiswig, o mal de Alzheimer não é uma ocorrência aleatória. É resultado de um gene que sofreu mutação e é passado de pai para filho. Se você herdar o gene modificado, o Alzheimer surgirá por volta dos 50 anos – com absoluta certeza. Seu filho tem 50% de chance de ter o mesmo destino. A revelação foi chocante, bem como a próxima notícia: os irmãos descobriram que existe um exame de sangue que pode revelar se um deles carrega o gene que sofreu mutação. Eles podiam decidir saber se o tinham ou não. [...] Às vezes, saber pode ser útil: se você tiver uma mutação genética que torna o câncer de cólon mais provável, por exemplo, então colonoscopias frequentes podem ajudar os médicos a protelar o problema. Contudo, existem genes que transformam em certeza uma doença pavorosa: não existe jeito de preveni-la, nem como tratá-la. [...] KOLATA, Gina. Saber ou não? Teste genético que mostra se você terá Alzheimer cria dilema. UOL Notícias, 12 mar. 2016. Disponível em: <http://noticias.uol.com.br/saude/ultimas-noticias/the-new-york-times/2016/03/12/voce-gostaria.htm>. Acesso em: 7 abr. 2016.

A A fotografia e a reportagem têm relação com que aspecto da Genética? B De que maneira os animais transmitem suas características? C Se você fosse um dos irmãos citados na reportagem, faria o exame de sangue? Por quê? Converse com seus colegas sobre esse assunto.

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Unidade 1

Origem dos estudos sobre Genética e hereditariedade Os genes, as unidades hereditárias, são o ponto central dos estudos da Genética. Por meio dessa ciência, ocorre o estudo da hereditariedade. Mas o que é hereditarie­ dade? No contexto genético, ela está relacionada às diversas características transmi­ tidas dos pais aos filhos. Diversas situações presentes em nosso cotidiano remetem à hereditariedade. As semelhanças entre pais e filhos, por exemplo, ou com outros pa­ rentes, como irmãos e avós. Questões similares a essas fazem parte da história da humanidade e são estudadas há séculos. O grego Hipócrates (460­360 a.C.), considerado o pai da Medicina, e ou­ tros estudiosos da Grécia antiga propuseram uma teoria sobre a hereditariedade cha­ mada pangênese. Segundo essa teoria, miniaturas invisíveis dos órgãos do corpo humano eram transmitidas durante o ato sexual. Essas miniaturas cresciam e aos poucos formavam o corpo do novo ser vivo. Isso explicaria as semelhanças dos filhos com o pai ou com a mãe.

Pa

O naturalista britânico Charles Darwin (1809­1882) também utilizou os princípios da teoria da pangênese como suporte às suas ideias, que explicavam os mecanismos responsáveis pelo surgimento e herança da variação entre indivíduos, até então desconhecidos. Darwin con siderava que as carac­ terís ticas adquiridas de um indivíduo eram repassadas para sua descendência. Por exemplo, de uma população de ele­ fantes, alguns possuíam trombas maiores que outros, e de alguma maneira essa característica era passada para seus descendentes.*

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Com o desenvolvimento dos microscópios no início do século XIX, as teorias da pangênese e do pré­formismo fo­ ram colocadas de lado.

Eye of Science/ SPL/Latinstock

No momento da fertilização humana, o material genético do espermatozoide se combina com o material genético do ovócito. Isso faz com que o material genético do novo indivíduo formado possua metade dos genes do pai e a outra metade, da mãe.

Espermatozoides tentando penetrar um ovócito humano (aumento aproximado de 650 vezes).

ck

Outra abordagem sobre a hereditariedade era o pré-formismo, que propunha a existência de um ser vivo pré­formado chamado de homúnculo nos gametas, óvulo ou espermatozoide. O homúnculo cresceria até estar pronto para nascer. Os cien­ tistas que aceitavam essa proposta eram chamados de ovistas, entre os quais estavam o médico italiano Frances­ co Redi (1626­1697), o médico britânico William Harvey (1578­1657) e o fabricante de lentes holandês Antony van Leeuwenhoek (1632­1723).

Charles Darwin.

*Se achar interessante, diga aos alunos que essa característica auxiliava na sobrevivência dos elefantes, pois permitia que alcançassem galhos mais altos em busca de frutos e folhas. Esse assunto será abordado no capítulo 7 deste livro.

Homúnculo no interior de um espermatozoide. Desenho feito pelo matemático e físico holandês Nicolaas Hartsoeker (1656-1725), em 1694.

Genética

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Os estudos de Mendel Autor desconhecido. Gravura. Coleção particular. Foto: Corbis/Latinstock

Na metade do século XIX, os estudos realizados pelo botânico austríaco Gregor Johann Mendel (1822­1884) auxiliaram a elucidar os mecanismos da hereditariedade. Mendel era um jovem monge que vivia em um monastério católico na cidade de Brno, na atual República Tcheca. Após alguns anos de estudos na Universidade de Viena, na antiga Áustria, ele retornou ao mosteiro e iniciou uma série de experimentos com ervilhas que plantava em seu jardim. Por ser filho de agricultores, a experiência que Mendel possuía no trato com os vegetais, bem como seu conhecimento sobre eles, o auxiliaram no desenvolvimento de seus trabalhos. Isso pôde ser ob­ servado na escolha do organismo com o qual trabalhou, que foi um dos fatores que propiciaram a Mendel o sucesso em suas pesquisas e a coerência e clareza de seus resultados. A ervilha­de­jardim, escolhida por Mendel, possui flores com pétalas fechadas, o que impede a entrada ou a saída de grãos de pólen, forçando sua autofecundação. Essa propriedade inibe a fe­ cundação cruzada e, consequentemente, limita a variabilidade gené­ tica, assim, grande parte das características da planta se mantém sempre a mesma, como altura, cor e textura das sementes, cor das flores, entre outras. Como os resultados das pesquisas de Mendel estavam focados em poucas caracte­ rísticas, a compreensão dos fatores envolvidos na herança genética tornou­se mais fácil. Essa foi uma diferença importante em relação aos resultados obtidos por outros pesquisadores, que eram de difícil compreensão por apresentarem inúmeras caracte­ rísticas a serem observadas de uma só vez.

Gravura mostrando Gregor Johann Mendel em seu jardim de ervilhas.

Ervilhas-de-jardim (Pisum sativum).

Sementes de ervilha amarelas e verdes.

Detalhe da flor da ervilha-de-jardim.

Martin Shields/ Photo Researchers, Inc./Latinstock

Gerard Lacz/age fotostock/Easypix

alybaba/Shutterstock.com

Florapix/Alamy Stock Photo/Latinstock

Após algum tempo de cultivo, Mendel obteve variedades puras de ervilha, cujas características não variavam ao longo das gerações. Entre as características observa­ das por Mendel, algumas plantas tinham quase dois metros de altura, enquanto outras não passavam de meio metro; algumas plantas produziam flores brancas e outras, flores púrpuras; havia plantas que originavam sementes verdes e outras, sementes amarelas; surgiram vagens lisas e também vagens rugosas, entre outras. Veja a seguir.

Outra característica que as sementes de ervilha podem apresentar, e que foi estudada por Mendel, é a sua textura, que pode ser rugosa ou lisa.

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Essa fecundação originou somente plan­ tas altas 2 . Mendel utilizou o grão de pólen de uma ervilha baixa para fecundar uma ervilha alta e também utilizou o grão de pólen de uma ervilha alta para fecundar uma ervilha bai­ xa; em ambos os cruzamentos, a prole obtida era sempre composta de plantas de ervilha altas.

fecundação cruzada

Somma Studio

estigma

Unidade 1

Mendel realizou um experimento consi­ derando a altura das ervilhas­de­jardim. Em um primeiro momento, ele realizou a fecundação cruzada entre uma planta alta e outra baixa, ambas puras. Como a ten­ dência natural das ervilhas­de­jardim é se autofecundarem, Mendel precisou realizar a fecundação cruzada manualmente. Para isso, ele retirou do conjunto estame­antera os grãos de pólen das plantas altas e baixas. Em seguida, ele inseriu os grãos de pólen de uma planta no estigma de outra 1 .

antera ovário

1

estame

Cruzamento de uma planta alta com uma planta baixa. planta receptora de pólen

planta doadora de pólen baixa

alta

Mendel decidiu então deixar que essas ervilhas altas se autofecundassem 3 . Após certo tempo, ele plantou 1 064 sementes obtidas desse cruzamento. Nasceram tanto ervilhas altas quanto ervilhas baixas, na proporção de três para um (3 : 1), com 787 altas e 277 baixas 4 .

2

Observe que a proporção de 3 : 1 foi de­ rivada da autofecundação das plantas da geração F1.

A prole toda é formada por plantas altas.

geração F 1

Ilustrações produzidas com base em: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 45.

alta

1. Das 1 064 sementes plantadas por Mendel, o número de plantas altas e baixas observadas por ele apresentou uma proporção aproximada de 3 : 1. Qual seria o número de plantas altas e baixas observadas caso a proporção 3 : 1 fosse exata? Realize o cálculo no caderno.

266 plantas baixas e 798 plantas altas. 266 . 3 = 798) (1064 : 4 = 266

Além da altura, Mendel testou outras ca­ racterísticas das ervilhas. Esses testes foram realizados separadamente, uma característica de cada vez. Por isso, os cruzamentos rea­ lizados para essas condições são chama­ dos cruzamentos monoíbridos.* No esquema da página 16 estão as ca­ racterísticas que Mendel testou bem como os resultados que obteve. Prole: conjunto de descendentes.

3

Ocorre a autofecundação da prole alta. alta

4

*O termo “híbrido” se refere à prole obtida de cruzamentos entre organismos que diferem alta em uma ou mais características. Como Mendel cruzou linhagens puras diferentes no caráter altura, produziu monoíbridos.

A prole é formada por plantas altas e plantas baixas, na proporção de 3 : 1.

geração F2

787 altas

277 baixas

Genética

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Resultados de cruzamentos monoíbridos de Mendel Características Textura da semente

Cor da semente

2. Que proporção é observada para cada uma das características testadas por Mendel? Todas as características apresentam a proporção aproximada de 3 : 1.

Forma da vagem

Cor da vagem

Cor da flor

Resultados em F2

Variedades lisa

rugosa

amarela

verde

5 474 lisas; 1 850 rugosas. 6 022 amarelas; 2 001 verdes. 882 lisas;

lisa

rugosa

299 rugosas.

amarela

152 amarelas

428 verdes; verde

branca

púrpura

705 púrpuras; 224 brancas.

651 axiais;

Posição da flor axial

terminal

207 terminais.

Ilustrações: Somma Studio

Ilustrações produzidas com base em: CAMPBELL, N. A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 265.

Conceitos básicos de Genética O primeiro cruzamento entre ervilhas­de­jardim altas e baixas que Mendel realizou é chamado cruzamento de parentais, ou seja, cruzamento entre os pais, que é representa­ do pela letra P. Os descendentes desse cruzamento pertencem à primeira geração, nomeada de filial, referente a filhos e representada por F1. Ao realizar o cruzamento entre os indivíduos da F1, Mendel obteve a segunda geração, ou F2, formada por ervilhas altas e baixas na proporção de 3 : 1. Esse resultado não era esperado por Mendel, que tinha expectativa de que, na ge­ ração F2, existissem somente plantas altas. Porém, ele deduziu que as plantas altas da geração F1 possuíam um fator que determinava que seriam baixas, mas que de algu­ ma maneira isso foi inibido pela expressão de outro fator para plantas altas. O fator inibido foi chamado recessivo, e o fator expresso foi chamado dominante.

*A definição de gene será discutida de maneira mais abrangente no capítulo 6 deste volume.

Atualmente se sabe que os fatores citados por Mendel são os genes,* tradicional­ mente definidos como segmentos de DNA que codificam um produto funcional, como uma proteína ou RNA. Nos organismos diploides, os genes se apresentam aos pares, em que um está presente no cromossomo que foi herdado da mãe, e o outro, presente no cromossomo herdado do pai. Esses genes estão presentes no mesmo lócus, que é a mesma posição em cada um dos cromossomos, e podem apresentar formas al­ ternativas, chamadas alelos. Observe o exemplo abaixo. Guilherme Casagrandi

alelo para planta baixa

alelo para planta alta

O gene relacionado à altura das ervilhas localiza­se em uma determinada posição de um cromossomo, chamada lócus gênico. Seu alelo está no outro cromossomo e na mesma posição.

Par de cromossomos.

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Par homozigoto dominante.

D

d Par homozigoto recessivo.

d

Guilherme Casagrandi

Assim como Mendel, nós também utilizaremos símbolos para facilitar os estudos. Neste caso, para representar o alelo dominante, utilizaremos a letra D, e, para representar o alelo recessivo, utilizaremos a letra d. Assim, quando um indivíduo apresenta os alelos D e D, ele é considerado homozigoto dominante para determinada característica; quando apre­ senta os alelos d e d, é chamado de homozigoto recessivo; e, quando apresenta os alelos D e d, é denominado heterozigoto para tal característica.

D

Unidade 1

Quando um organismo possui alelos que expres­ sam a mesma variação da característica, como, por exemplo, planta alta, diz­se que esse organismo é homozigoto para tal característica. Quando os ale­ los expressam variações diferentes para a mesma característica, o indivíduo é chamado heterozigoto.

D Par heterozigoto. d Três pares de cromossomos.

O conjunto de alelos de um indivíduo forma seu genótipo, que é a representação de toda sua constituição genética. Já o fenótipo é a característica observada no indivíduo. Utilizando o exemplo abaixo, temos que um indivíduo homozigoto dominante possui o genótipo DD, que determina o fenótipo para planta alta. Indivíduos heterozigotos apresentam genótipo Dd, que determina o fenótipo para planta alta. Por fim, um indi­ víduo homozigoto recessivo apresenta genótipo dd, que determina o fenótipo para planta baixa. Geração parental (P)

1

2

DD

Já as plantas baixas são homozigotas para o alelo recessivo (dd). Elas produzem gametas com somente o alelo d.

dd

Geração F 1

O cruzamento dos parentais gera somente indivíduos altos na geração F1 e heterozigotos para essa característica, ou seja, possuem alelos D e d. Elas produzem gametas de dois tipos: D e d.

Ilustrações produzidas com base em: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 45­49.

Dd

Dd Geração F2

*Diga aos alunos que, nesse caso, os indivíduos heterozigotos podem ser representados por Dd ou dD.

Somma Studio

3

Na geração parental, as plantas altas são homozigotas para o alelo dominante (DD). Elas produzem apenas gametas com o alelo D.

4

DD

Dd 3 ou 75% 4

Dd

dd

A combinação entre os gametas da geração F1 gera indivíduos com os seguintes alelos: DD, Dd* ou dd.

1 ou 25% 4

Genética

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17

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*A meiose foi apresentada no volume de 1o ano desta coleção. Se achar necessário, retome esses conceitos com os alunos. No esquema desta página, o objetivo é apresentar a produção dos gametas, por isso, algumas etapas foram omitidas.

A relação entre a meiose e a primeira lei de Mendel Dos resultados observados por Mendel, um dos mais importantes está relacionado à segregação dos alelos, que diz respeito diretamente à meiose, mecanismo utilizado pelas células para produzir os gametas. Para entender essa relação, vamos retomar resumidamente o processo da meiose.* Antes, consideremos outra característica estu­ dada por Mendel, a cor das sementes. Observe a seguir o esquema do cruzamento que Mendel realizou para essa característica.

Cruzamento de Mendel para cor das sementes Mendel cruzou uma planta de ervilha proveniente de linhagem pura que produz sementes de cor amarela com uma que apresenta sementes de cor verde. A característica cor da semente foi representada pela letra V.

P Ilustrações: Somma Studio

VV

vv

A geração F1 foi composta somente de ervilhas amarelas. Essas sementes foram plantadas, e as plantas originadas foram então cruzadas entre si.

F1 Vv

Vv

F2 VV

Vv

Vv

vv

O padrão de sementes obtido na geração F2 foi de 3 de sementes amarelas para 1 de 4 4 sementes verdes, uma proporção de 3 : 1.

A partir dessas observações de Mendel, cientistas concluíram que os alelos ou fa­ tores responsáveis por determinada característica se separam de maneira igual na formação dos gametas, e que esses são puros, ou seja, possuem somente um fator. Essa é a primeira lei de Mendel, ou lei da segregação dos fatores. Agora observe o esquema simplificado da meiose abaixo, que apresenta os alelos para a cor da semente. Veja que ao final da meiose são produzidos gametas que pos­ suem somente um alelo, ou seja, cada gameta é puro para determinada característica.

Meiose simplificada V

V

V

Ilustrações produzidas com base em: PURVES, W. K. et al. Vida: a ciência da Biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 181.

V

v

Os alelos para a característica cor das sementes se encontram em cromossomos homólogos, um de origem paterna e outro de origem materna.

Vv

v

V

Durante a meiose I, as cromátides são duplicadas e, consequentemente, os alelos.

v

V

Guilherme Casagrandi

v

Ao final da meiose I, os cromossomos com as cromátides duplicadas se separam e se deslocam para formar duas células­filhas. Ao final dessa fase, a célula, que era diploide (2n), passa a ser haploide (n).

v

v

Ao final da meiose II, as cromátides­irmãs se separam. Cada gameta formado possui apenas um representante do par dos cromossomos homólogos e, portanto, possui apenas um alelo de cada gene.

18

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Unidade 1

Probabilidade e Genética Durante seus estudos, Mendel utilizou a probabilidade para compreender com que frequência os fatores (alelos) se distribuíam entre os gametas, e com que frequência eles poderiam se combinar durante a reprodução. Assim, Mendel tinha uma ideia antecipada sobre os genótipos e fenótipos que resultariam de determinado cruzamento. Esse racio­ cínio não foi compreendido por outros pesquisadores, e esse foi um dos motivos pelos quais os trabalhos de Mendel foram ignorados e só retomados algumas décadas depois.

Fotos: Tacio Philip Sansonovski/ Shutterstock.com

A probabilidade indica a frequência com que determinado evento pode ocorrer. Veja no texto do site a seguir alguns dos outros Considere, por exemplo, uma moeda sendo lançada para o alto. Dessa situação, so­ possíveis motivos da mente dois eventos podem ocorrer: a face voltada para cima será cara ou coroa. Es­ rejeição dos trabalhos de Mendel em sua época. ses eventos são aleatórios, ou seja, possuem a mesma chance de acontecer. Dessa <http://tub.im/wss6ga>. • maneira, a probabilidade de o lançamento da moeda resultar em cara é de 1 em 2 Acesso em: 1o abr. 2016. 1 chances, isto é, , a mesma de sair coroa. 2 E se lançássemos duas moedas? Qual seria a probabilidade de sair cara no lançamento de uma moeda e cara no lançamento da outra moeda? Veja que, nesse caso, a palavra “e” está em destaque, pois exige uma combina­ ção de resultados independentes: a ocorrência de cara no primeiro lança­ mento não influencia o resultado obtido no segundo. Nesses casos, utiliza­se a “regra do e”, ou regra da multiplicação, na qual os resultados para cada Face coroa da Face cara da moeda de um real. moeda de um real. probabilidade são multiplicados entre si. Observe. Probabilidade de sair cara no lançamento de uma moeda

e

Probabilidade de sair cara no lançamento da outra moeda

1 2

.

1 2

Probabilidade de obter duas caras.

=

1 4

resultarem na face de número 3? Observe. Probabilidade de sair a face de número três em um dado.

e

Probabilidade de sair a face de número três no outro dado.

1 6

.

1 6

Craig Russell/ Shutterstock.com

Agora considere um dado. Ao lançá­lo, existem seis eventos que podem ocorrer, já que o dado tem seis faces diferentes. Então, qual seria a probabilidade de o lançamento resultar na face que indica o número 3? A probabilidade é de 1 . E se 6 fossem lançados dois dados, qual seria a probabilidade de ambos os lançamentos Dados. Probabilidade de obter duas vezes as faces de números três.

=

1 36

No caso das moedas, é provável que, a cada quatro lançamentos (das duas ao mesmo tempo), um resulte na face cara nas duas moedas. No caso dos dados, é provável que, a cada 36 lançamentos, um resulte na face de número 3 em ambos os dados. Assim, na regra da multiplicação, calcula­se a probabilidade de ocorrerem dois ou mais eventos independentes, sem que um interfira no outro, ao mesmo tempo. Mas como aplicar isso em um cruzamento genético? Considere o cruzamento entre duas ervilhas­de­jardim que produzem sementes amarelas, ambas com genótipo Vv. Qual seria a probabilidade de se obter uma planta com genótipo VV a partir desse cruzamento? 1 Sabendo­se que os gametas produzidos pelos parentais Vv podem ter 50% de 2 1 probabilidade de ter o alelo V e 50% de ter o alelo v. Dessa maneira, a probabili­ 2 dade de existir um indivíduo VV é a multiplicação das probabilidades de ocorrência 1 desses gametas 1 . 1 , ou seja, . Da mesma maneira, a probabilidade de formação 4 2 2 1 de um indivíduo vv seria de ou de 75%. 4 Genética

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19

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Considere a probabilidade de obter uma ervilha amarela com genótipo Vv a partir 1 , mas como exis­ 4 tem dois eventos para essa condição – um gameta masculino com o alelo V poderia

do cruzamento exemplificado na página anterior. Ela também é de

fecundar um gameta feminino com o alelo v; ou um gameta masculino v poderia fe­ cundar um gameta feminino com alelo V –, o resultado é multiplicado por 2, logo: 1 1 . 2 2= = 2 4 4 Então, a probabilidade de obter indivíduos Vv é 3. Qual é o fenótipo dos parentais no cruzamento ao lado? Sementes lisas. 4. Qual é a porcentagem de ervilhas lisas e rugosas originadas desse mesmo cruzamento? 75% de ervilhas lisas e 25% de ervilhas rugosas.

Acesse um jogo sobre probabilidade no site a seguir e veja um pouco mais sobre esse assunto.

••<http://tub.im/m8jjjg>. Acesso em: 5 abr. 2016.

1 , ou 50%. 2

Proporção genotípica e fenotípica Ao calcular as probabilidades para determinado cruzamento, é possível obter uma propor­ ção dos genótipos e fenótipos da prole. Observe no quadro abaixo o exemplo para a caracte­ rística textura da semente (rugosa ou lisa). P RR

F1 Fenótipos

Genótipos

Lisa Rugosa

Rr

Rr

Rr

Rr

Proporção genotípica

RR

1

Rr

2

rr

1

rr

Proporção fenotípica 3 1

Vamos retomar o exemplo da moeda, mas agora alterando o questionamento. Qual seria a probabilidade de, no lançamento de uma moeda, o resultado ser cara ou coroa? Perceba que agora a palavra em destaque é “ou”, e o questionamento refere-se a qual probabilidade de que pelo menos um evento ocorra entre dois ou mais. Nessa situação, as probabilidades devem ser somadas, aplicando-se a regra da adição, também chamada de “regra do ou”. 1 , a mesma probabilidade de 2 1 1 + = 1 . Isso signi­ resultar em coroa. Assim, somando essas probabilidades, temos: 2 2 fica que, ao jogar a moeda, o resultado será ou cara ou coroa.

No caso da moeda, a probabilidade de resultar em cara é

Agora, considere um dado como exemplo. Qual a probabilidade de o resultado de seu lançamento ser a face 3 ou a 5? Veja a seguir. Probabilidade de sair a face com número três

1 6

ou

Probabilidade de sair a face com número cinco

Simplificando a fração

1 6

+

=

2 6

=

1 3

1 ou 33,33...%. 3 Considere novamente como exemplo o cruzamento entre ervilhas heterozigotas para a cor da semente: qual seria a probabilidade de obter ervilhas de genótipo VV ou Vv a partir desse cruzamento? Vejamos: A probabilidade de sair o número três ou cinco é de

Probabilidade do genótipo VV

ou

Probabilidade do genótipo Vv

1 4

+

1 2

Simplificando a fração

=

6 8

=

A probabilidade de aparecerem na prole indivíduos VV ou Vv é de

3 4

3 , ou 75%. 4

20

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Unidade 1

Quadro de Punnett Para a resolução direta de cruzamentos que envolvem um ou dois genes, é possível utilizar o quadro de Punnett, desenvolvido pelo geneticista britânico Reginald Crundall Punnett (1875-1967). Trata-se de um diagrama em cujas margens são inseridos os possíveis alelos presentes nos gametas dos pais e em cujo interior é inserida a com­ binação de todos os possíveis genótipos formados a partir desse cruzamento. Tony Camacho/SPL/Latinstock

Para compreender melhor, vamos realizar uma atividade que tem como exemplo o al­ binismo, uma condição em que ocorre ausência do pigmento melanina no corpo. O albi­ nismo é um fenótipo recessivo, ou seja, para que ele se manifeste, o indivíduo precisa ser homozigoto recessivo (aa). Agora veja a situação abaixo.

Atividade resolvida Um homem heterozigoto para o albinismo se casou com uma mulher também hete­ rozigota para a mesma condição. Qual a probabilidade de que eles tenham um filho(a) com albinismo? Extraindo os dados do problema, temos: Genótipos dos pais: Aa e Aa Gametas formados: pai A ou a mãe A ou a Construindo o quadro de Punnett, temos: Gametas produzidos pela mãe

Gametas produzidos pelo pai

A

a

A

AA

Aa

a

aA

aa

Os genótipos presentes em cada um dos quatro quadrados possuem a mesma probabilidade de ocorrer, ou seja, nesse caso, 25% cada.

Garota com albinismo.

5. Qual a probabilidade de o casal citado acima ter um filho heterozigoto para albinismo? 50%. Aa

Aa = AA; Aa; Aa; aa.

Por meio do quadro de Punnett ao lado, é possível observar que o casal pos­ 1 sui 25%, ou , de proba­ 4 bilidade de ter um filho com albinismo (aa).

Possíveis genótipos dos filhos

Heredograma As características presentes entre indivíduos relacionados por parentesco podem ser estudadas por meio da genealogia. A partir dela, é possível compreender se determina­ da característica está presente nos ancestrais ou nos descendentes de um indivíduo.

Para a construção de um heredograma, são seguidas convenções. Algumas delas são apresentadas a seguir. Veja.

Algumas convenções de um heredograma sexo masculino

casamento

casamento consanguíneo

sexo feminino

irmandade

gêmeos monozigóticos

sexo não identificado característica estudada

falecido

gêmeos dizigóticos

Ilustrações produzidas com base em: Instituto de Ciências Biológicas. ICB – UFMG. Disponível em: <www2.icb.ufmg. br/grad/genetica/heredogramas. htm>. Acesso em: 24 maio 2016.

família

Guilherme Casagrandi

A representação gráfica de uma genealogia pode ser realizada por meio de um heredograma, que torna possível identificar indivíduos portadores de alelos que resul­ tem em determinada característica, bem como acompanhar sua transmissão ao longo das diferentes gerações.

3

quantidade de homens

2

quantidade de mulheres

Genética

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21

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3

Piotr Marcinski/Shutterstock.com

1

2

4

5

6

7. Quais indivíduos possuem lobo de orelha preso?

7

8

Guilherme Casagrandi

6. Qual é o parentesco do casal 1 e 2 com os outros indivíduos apresentados neste heredograma?

Stepan Bormotov/Shutterstock.com

Observe o heredograma de uma família de indivíduos que podem apresentar lobo de orelha preso, uma condição homozigota recessiva.

9

Lobo de orelha preso.

Lobo de orelha solto.

Resolução de atividades Nas espécies animais, uma informação importante é saber se o gene em estudo está situado ou não nos cromossomos sexuais. Os genes situados nos cromossomos autossômicos, ou seja, naqueles que são igualmente compartilhados por machos e fêmeas, não apresentam diferença na distribuição entre machos e fêmeas.* *Este assunto será abordado no capítulo 5.

Agora, vamos resolver alguns problemas que apresentam exemplos de monoibridismo autossômico, ou seja, características determinadas por somente um gene, e que não está ligado aos cromossomos sexuais.

••Observe

novamente o heredograma acima. Se o indivíduo 8 se casar com uma mulher heterozigota para lobo de orelha solto, qual a probabilidade de esse casal ter um(a) filho(a) com lobo de orelha preso?

Resolução

Aplicando esses genótipos no quadro de Punnett, temos que:

Extraindo os dados temos que: dd = indivíduo 8; Dd = futura esposa.

D

d

d

Dd

dd

d

Dd

dd

A probabilidade de esse casal ter um(a) filho(a) com lobo de orelha preso (dd) é de 50%.

••A polidactilia é uma característica autossômica dominante, caracterizada pela pre­

Diga aos alunos que, em um heredograma, os irmãos são indicados geralmente da esquerda para a direita, em ordem de idade. 6. O casal 1 e 2 são pais dos indivíduos 3, 4, 5 e 6, avós dos indivíduos 8 e 9 e sogros do indivíduo 7. 7. Os indivíduos 2, 4, 5 e 8.

3

2

4

5

6

8

7

9

Guilherme Casagrandi

1

SPL/Latinstock

sença de dedos a mais nos pés ou nas mãos. O heredograma a seguir está rela­ cionado a essa característica.

Mão de pessoa com polidactilia.

a ) Identifique o genótipo de cada indivíduo que aparece no heredograma anterior. b ) Qual é a probabilidade de o casal 6 e 7 ter outro(a) filho(a) com polidactilia? Resolução a ) Os indivíduos com polidactilia, 4, 5, 6 e 8, terão genótipo Pp, pois um de seus genitores sempre é homozigoto recessivo, isto é, não tem polidactilia. Podemos conhecer o genótipo do indivíduo 1 por meio do fenótipo de seus filhos. Como o casal tem filhos com polidactilia e sem polidactilia, o genótipo do pai é Pp, porque o cruzamento entre Pp e pp (genótipo da mãe, indivíduo 2) resulta em genótipos Pp e pp, enquanto o cruzamento entre PP e pp resultaria apenas no genótipo Pp, ou seja, todos os filhos terão polidactilia.

22

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Pp = polidactilia (indivíduo 6).

P

p

pp = sem polidactilia (indivíduo 7).

p

Pp

pp

Aplicando esses genótipos no quadro de Punnett, temos que:

p

Pp

pp

Unidade 1

b ) Extraindo os dados, temos que:

Como cada gravidez é um evento único, que não sofre influência de gestações an­ teriores, a probabilidade de esse casal ter outro(a) filho(a) com polidactilia é de 50%.

• •A produção dos pigmentos responsáveis pela cor preta ou avermelhada da pela­

Zuzule/Shutterstock.com

a ) Qual é a probabilidade de nascer um cavalo de cor vermelha a partir do cruzamento en­ tre dois animais heterozigotos para essa ca­ racterística? b ) Qual é a proporção genotípica e fenotípica observada nesse cruzamento? c ) Qual é a probabilidade de nascerem animais homozigotos de pelagem preta a partir do cruzamento entre dois animais heterozigotos para essa característica?

Jean-Paul Ferrero/Mary Evans Picture Library/Easypix

gem de cavalos é expressa pelo gene denominado extension. A presença de so­ mente um alelo E caracteriza a cor preta da pelagem, que é dominante sobre o alelo e, responsável pela expressão da cor avermelhada.

Cavalo da raça quarto-de-milha de pelagem avermelhada.

Cavalo da raça quarto-de-milha de pelagem preta.

Resolução a ) Extraindo os dados, temos que: EE ou Ee = pelagem preta; ee = pelagem avermelhada. Aplicando esses genótipos no quadro de Punnett, ao lado, temos que:

E

e

E

EE

Ee

e

Ee

ee

A probabilidade de nascer um cavalo de cor avermelhada é de 25%. b )

Proporção genotípica 1

:

(EE)

2 (Ee)

:

Proporção fenotípica 1

3

(ee)

(preto)

:

1 (avermelhado)

c ) Pelo resultado do quadro de Punnett, a probabilidade de nascer um cavalo de pelagem preta homozigoto (EE) é de 25%.

• •O gene L define o formato da vagem de ervilhas. Cruzaram-se duas ervilhas hete­ rozigotas para a característica vagem lisa. Sabendo que essa característica é do­ minante, qual é a probabilidade de em um cruzamento se obter uma ervilha com vagem lisa e, em outro cruzamento, uma ervilha com vagem rugosa?

Resolução Ll = vagem lisa. Aplicando os genótipos do cruzamento no quadro de Punnett ao lado, temos que:

gametas

L

l

L

LL

Ll

l

Ll

ll

3 Após aplicar os genótipos no quadrado de Punnett, temos 75% de probabilida­ 4 1 de de as vagens serem lisas (LL, Ll, Ll) e 25% de serem rugosas (ll). Essa proba­ 4 bilidade é a mesma para qualquer um dos dois cruzamentos, pois eles são iguais. Como a questão pede a probabilidade de ocorrer um evento e outro, aplica-se a regra 3 1 da multiplicação, logo, 3 . = 18,75% 16 4 4 Genética

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Defina o conceito de hereditariedade.

2. Que conclusão Mendel obteve após seus primeiros resultados a partir do cruzamento de ervilhas?

3. Leia a tirinha abaixo e responda às questões propostas. Calvin & Hobbes, Bill Watterson © 1990 Watterson/Dist. by Universal Uclick

a ) A tirinha menciona o termo “genes” para indicar a condição recessiva. Que termo seria mais correto? Por quê? b ) Explique o que o pai do Calvin quis dizer com sua frase no último quadrinho. WATTERSON, Bill. O ataque dos perturbados monstros de neve: mutantes e assassinos. São Paulo: Conrad Editora Brasil, 2010. p. 8.

c ) Explique os termos homozigoto, heterozigoto, genótipo e fenótipo. d ) Qual seria o genótipo de Calvin se seu pai usasse óculos em razão de uma herança re­ cessiva determinada pelo gene b, e sua mãe fosse homozigota dominante para essa característica?

4. Uma mulher heterozigota para o albinismo (condição genética autossômica recessiva) se casou com um homem também heterozigoto para essa característica. Sabendo que esse casal pretende ter três filhos, qual é a probabilidade de nascer pelos menos um filho com albinismo?

5. O quadro de Punnett a seguir apresenta o cruzamento de indivíduos capazes de enrolar a

c

CC

Cc

c

Cc

cc

Pessoa com capacidade de dobrar a língua na forma de U.

Flori0/Shutterstock.com

C C

Mateusz Kopyt/ Shutterstock.com

língua, uma característica autossômica dominante.

Pessoa sem a capacidade de dobrar a língua na forma de U.

a ) Qual é a proporção genotípica e fenotípica observada no quadro de Punnett? b ) Qual seria a proporção genotípica e fenotípica de um casal formado por uma mulher heterozigota e um homem sem essa capacidade?

Guilherme Casagrandi

6. Com base no heredograma e no texto abaixo, responda às questões propostas. 1

5

2

6

7

11

3

8

4

9

10

12

13 ?

[...] A galactosemia, por exemplo, é uma doença hereditária rara, caracterizada pela deficiência em enzimas que processam a galactose. Nos portadores, esse carboidrato, normalmente convertido em glicose, é acumulado na forma de galactose-fosfato, o que leva a retardo mental severo e, com frequência, à morte. Recém-nascidos e crianças com galactosemia não podem ingerir substâncias com galactose, em particular o leite [...] [...] POMIN, Vitor Hugo; MOURÃO, Paulo Antônio de Souza. Carboidratos. Ciência Hoje, v. 39, n. 233, p. 28, dez. 2006.

a ) Quantos indivíduos do sexo feminino têm galactosemia? b ) Quantos indivíduos do sexo masculino estão representados no heredograma? c ) Sabendo-se que a galactosemia é uma característica autossômica recessiva, qual é o genótipo dos indivíduos 3, 4, 5, 6 e 7? d ) Sabendo-se que o casal 12 e 13 são heterozigotos para a galactosemia, qual é a proba­ bilidade de terem uma menina portadora do alelo para galactosemia ou um menino com galactosemia?

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Unidade 1

7. (Enem/MEC) Em um experimento, preparou­se um conjunto de plantas por técnica de clo­ nagem a partir de uma planta original que apresentava folhas verdes. Esse conjunto foi dividido em dois grupos, que foram tratados de maneira idêntica, com exceção das condi­ ções de iluminação, sendo um grupo exposto a ciclos de iluminação solar natural e outro mantido no escuro. Após alguns dias, observou­se que o grupo exposto à luz apresentava folhas verdes como a planta original e o grupo cultivado no escuro apresentava folhas ama­ reladas. Ao final do experimento, os dois grupos de plantas apresentaram a) b) c) d) e)

os genótipos e os fenótipos idênticos. os genótipos idênticos e os fenótipos diferentes. diferenças nos genótipos e fenótipos. o mesmo fenótipo e apenas dois genótipos diferentes. o mesmo fenótipo e grande variedade de genótipos.

8. (UFG­GO) Ao realizar experimentos para investigar a hereditariedade, Mendel analisou o cruzamento entre duas linhagens de ervilha para uma mesma característica. Assim, ao cruzar linhagens puras de ervilha de semente amarela com as ervilhas de semente verde, Mendel verificou que, em F1, 25% das sementes apresentavam o alelo recessivo para cor. 50% das sementes obtidas tinham fenótipo de cor verde. 50% das sementes formadas eram homozigotas. 75% das sementes apresentavam o genótipo dominante. 100% das sementes formadas eram amarelas.

9. (UEM­PR) No heredograma, estão assinalados os membros de uma família afetados por uma doença hereditária. Com base nas informações obtidas no heredograma a seguir, assinale a(s) alternativa(s) correta(s).

1

3

2

4

A doença em questão é determinada por alelo recessivo. O indivíduo 1 é heterozigoto, pois é normal, mas tem uma filha doente. A mulher 6 tem genótipo homozigoto recessivo, pois ela tem um filho com a doença. A probabilidade de o casal 5-6, em outra gestação, ter um descendente afetado pela 1 doença é de ou 25%. 4 16 ) Se o homem 7 tiver um descendente com uma mulher heterozigota, a probabilidade de esse descendente nascer com a doença é de 75%.

01 ) 02 ) 04 ) 08 )

5

6

7

8

Guilherme Casagrandi

a) b) c) d) e)

10. (UEM­PR) Considere três pares de alelos em cromossomos distintos, que determinam as seguin­ tes características na espécie humana: A a

pele normal albino

M m

visão normal miopia

L l

lobo normal lobo colado

Um homem heterozigoto para pele, para visão e para lobo da orelha casou­se com uma mulher albina, míope e heterozigota para o lobo da orelha. Sobre a descendência desse casal, é correto afirmar que 3 01 ) a possibilidade de nascer um menino albino, com visão normal e lobo da orelha normal é . 32 02 ) a probabilidade de nascer uma criança míope, independentemente do sexo, será de 50%. 04 ) um dos descendentes do sexo masculino poderá ter o genótipo AA, mm, ll. 08 ) a probabilidade de um descendente com pigmentação de pele normal ser homozigoto 1 é de . 4 16 ) o homem pode produzir 23 gametas distintos referentes a essas três características.

Refletindo sobre o capítulo

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Responda novamente as questões da página 12 e complemente­as, se necessário. B Por que Mendel escolheu as plantas de ervilha­de­jardim para realizar seus estudos? Genética

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Trocando ideias

Até que ponto a herança genética é responsável pela nossa saúde?

Daniel Zeppo

Vimos que a Genética é o estudo da hereditariedade. Por meio dela, são transmitidas características de uma ge­ ração para outra por meio dos genes, ou seja, uma determinada característica ancestral é transmiti­ da de geração em geração. Os genes são responsáveis pela manifestação de carac­ terísticas, sejam elas visíveis como a cor dos olhos, da pele, dos cabelos, a altura, ou não visíveis. Assim como herdamos dos nossos ante­ passados genes que determinam a cor dos olhos, também podemos herdar genes que levam à manifestação de doenças. Por exemplo, um gene determina se uma pessoa terá hemofilia e consequen­ te problema de coagulação sanguínea, e outro deter­ mina a ocorrência de fibrose cística, que causa pro­ blemas respiratórios. Mas será que todos os problemas de saúde são determinados ape­ nas pelos fatores genéticos? Você já ouviu falar em predisposição ge­ nética? E já ouviu frase do tipo “meu bisavô e meu pai têm diabetes hereditária; devo me cui­ dar para não ter esse problema de saúde”? Geralmente temos dúvidas sobre o quanto a predisposição genética influencia o aparecimento de um determinado problema de saúde e como isso é determinante para sua ocorrência. Leia abaixo um trecho de uma entrevista sobre esse assunto com o médico onco­ geneticista José Claudio Casali, do Instituto de Oncologia do Paraná (IOP).

[...] Ocorrem repetições de casos de câncer em diferentes gerações? Sim, [...] Isso acontece porque a pessoa nasce com uma predisposição genética, causada por uma alteração no DNA, que resulta no câncer e que é passado de geração em geração, mas não significa que a pessoa com certeza terá a doença. Há chances de reverter uma predisposição genética? Sim e não. O fator genético tem um peso grande na balança, mas outras características também influenciam. Uma pessoa que não tem predisposição genética, mas é sedentária, fuma, não pratica exercícios, se alimenta mal e vive estressada também tem grandes chances de ter câncer, enquanto outra que tem essa alteração genética, mas se cuida, pode retardar o aparecimento ou mesmo evitar o problema. Mesmo assim, há pessoas com hábitos excelentes e que têm câncer, então não é possível prever com certeza quem vai ter ou não a doença. [...] BORTOLIN, R. O papel da genética contra o câncer. Gazeta do Povo, 30 set. 2011. Disponível em: <http:\\gazetadopovo.com.br/vida­e­cidadania/o­papel­da­geenetica­contra ­o­cancer­94qb5semz4oa62bli6hn27kum> Acesso em: 5 abr. 2016.

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Por exemplo, um indivíduo que tem a mãe, o tio e o avô materno com a doença renal policística, uma herança autossômica dominante, terá 50% de probabilidade de desenvolver essa doença; ou seja, se esse indivíduo herdar o gene para a doença renal policística, ele desenvolverá a doença.

Unidade 1 Guilherme Casagrandi

Predisposição genética consiste na possibilidade de as características genéticas serem transmitidas de uma geração para outra. O desenvolvi­ mento do câncer é um exemplo de predisposição genética, pois depende de alterações no DNA transmissíveis geneticamente entre gerações. Trata­ -se da probabilidade de o indivíduo vir a desenvolver um problema de saúde relacionado aos genes porque seus antepassados o tiveram. No entanto, os genes herdados para um determinado problema de saúde podem não ser expressos nesse indivíduo; o câncer, por exemplo, é um problema de saúde multifatorial, ou seja, depende de vários fatores, além dos genéticos. Esse caso é diferente das características herdadas por genes com padrão da herança genética mendeliana, os quais determinam a manifestação de um problema de saúde.

As características são passadas de pais para filhos, mas fatores ambientais podem influenciar sua expressão.

Um indivíduo com histórico familiar de diabetes e hipertensão arterial possui maior risco de desenvolver esses problemas do que outro sem esse histórico. Contudo, o fator genético não é determinante para isso, pois outros fatores, como os chamados fatores ambientais, influenciam o fenótipo e podem ou não facilitar seu desenvolvimento. Hábi­ tos alimentares saudáveis e prática regular de exercícios, por exemplo, podem retardar ou até mesmo evitar o problema. A falta deles, no entanto, aumenta a probabilidade de ele se desenvolver. Embora alguns problemas de saúde, como o diabetes, a hipertensão arterial, a obesidade, a doença de Alzheimer e o câncer, dependam também de fatores ambien­ tais, a predisposição genética tem um papel importante no desenvolvimento desses problemas, mas não é o único. O câncer de mama, por exemplo, segundo o Instituto Nacional de Câncer (Inca), é o câncer que mais afeta a população feminina. Desses casos, 5% a 10% têm causas hereditárias e 90% a 95% têm origem genética, como alterações no DNA, que podem ocorrer espontaneamente ou serem induzidas por agentes químicos e virais, radiação, entre outros, ou seja, por fatores ambientais. a ) Converse com seus colegas sobre o estilo de vida que levam e seus hábitos re­ lacionados à saúde. Vocês consideram que suas atitudes são adequadas para auxiliar na prevenção do desenvolvimento de problemas de saúde, sejam eles de origem hereditária ou ambiental? b ) Leia o trecho do texto a seguir, converse com seus colegas e produza um pequeno texto sobre a relação entre a predisposição genética e o fenótipo de uma pessoa.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

[...] Mas isso é verdade para todos ou há pessoas com alguma predisposição para engordar? Para ser obeso, é preciso haver uma predisposição, que está presente em 50% das pessoas. Ela provavelmente está associada a fatores genéticos ou epigenéticos, que é a modificação da atividade genética por fatores ambientais. [...] existe um componente genético e [...] é ele que deve determinar se alguém exposto a uma dieta muito calórica e rica em gordura vai ou não desenvolver a obesidade. O normal seria ganhar peso, quando se comem mais calorias, e perdê-lo ao se interromper essa dieta? Exato, mas não é isso o que acontece. [...] São as associações de fatores ambientais e genéticos que vão dar o fenótipo final. Um ponto muito importante para os cientistas hoje é entender por que as pessoas que ficam obesas por muito tempo têm uma dificuldade muito grande de voltar a perder peso. Se um indivíduo é obeso há muitos anos, já sabemos de antemão que vai ser difícil trazê-lo para seu peso normal. [...] VELLOSO, Licio Augusto. Problema de peso. Ciência Hoje, n. 309, v. 52, nov. 2013. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/revista-ch/2013/309/pdf_aberto/entrevista309.pdf>. Acesso em: 6 abr. 2016.

Genética

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Lisa S./Shutterstock.com

capítulo

Pessoa doando sangue.

A) Resposta pessoal. A doação de sangue permite que os bancos de sangue permaneçam abastecidos e possam atender pessoas que necessitam constantemente de transfusões, ou pessoas que passam por procedimentos cirúrgicos, de emergência ou não. C) Mendel trabalhou com características que eram controladas por um gene com dois alelos, os quais eram responsáveis por duas variações dessa característica (fenótipos), por exemplo, ervilha verde ou amarela. Já o tipo sanguíneo é controlado por mais de dois alelos, ou seja, essa caraterística possui mais de duas variações (fenótipos).

Variações no padrão de herança O que falta para o Brasil doar mais sangue? [...] Dados da ONU apontam que o Brasil, apesar de coletar o maior volume em termos absolutos na América Latina, doa proporcionalmente menos do que outros países da região, como Argentina, Uruguai ou Cuba. [...] [...] em termos gerais, somente 1,8% da população brasileira entre 16 e 69 anos doa sangue – a ONU considera “ideal” uma taxa entre 3% a 5%, caso do Japão, dos Estados Unidos e de outras nações [...]. [...] Especialistas apontam a falta de conscientização da população como um dos principais limitadores para o aumento da doação de sangue no Brasil. Eles defendem que campanhas de incentivo à doação sejam feitas desde os primeiros anos de vida e que o assunto seja discutido nas escolas para reverter o atual cenário. [...] BARRUCHO, Luís Guilherme. O que falta para o Brasil doar mais sangue? BBC, Londres, 19 ago. 2015. Disponível em: <www.bbc.com/portuguese/noticias/2015/08/150812_sangue_doacoes_brasil_lgb>. Acesso em: 18 abr. 2016.

A Você já doou sangue? Para você, qual é a importância desse gesto? B Qual é o seu tipo sanguíneo? Resposta pessoal. C O tipo sanguíneo é uma característica controlada por mais de dois tipos de alelos. De que forma isso difere do tipo de herança que Mendel observou em seus pri­ meiros estudos?

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Unidade 1

Variações de dominância No capítulo anterior, vimos que Mendel estudou diferentes características em ervilhas e percebeu que existia um fator dominante em relação ao outro. Por exemplo, ao ve­ rificar a altura das ervilhas, ele notou que o alelo D era dominante em relação ao alelo recessivo d. Isso significa que sua presença determina o fenótipo planta alta e inibe por completo a expressão do fenótipo planta baixa relacionado ao alelo d. Esse tipo de dominância é chamada dominância completa. Esse não é o único tipo de relação que os alelos estabelecem para determinar o fenótipo. Após os trabalhos de Mendel, muitos estudos sobre herança foram realiza­ dos. Em diversos casos, verificou­se que as interações entre os alelos de um gene não se encaixavam no modelo de dominância completa e, portanto, apresentavam algumas variações. Neste capítulo, vamos estudá­las.

Dominância incompleta A dominância incompleta ou ausência de dominância ocorre quando um indivíduo heterozigoto para determinada característica, expressa um fenótipo diferente do que é expresso por um homozigoto dominante ou por um homozigoto recessivo. Esse tipo de dominância determina, por exemplo, a cor da flor da planta maravilha (Mirabilis jalapa). Assim, quando plantas com flores vermelhas são cruzadas com plantas com flores brancas, a geração F1 é de plantas com flores cor­de­rosa. Observe o esquema a seguir. flor vermelha

flor branca

Parentais

F VF V

F BF B

FV

FB

Gametas produzidos

Scisetti Alfio/ Shutterstock.com

Flores vermelha, branca e cor-de-rosa de Mirabilis jalapa.

flor cor-de-rosa

Ilustrações: Studio Caparroz

F1

1. Qual é a proporção genotípica e a fenotípica esperada do cruzamento entre plantas com flores cor­de­rosa?

F VF B

1. F V F B

Geralmente a relação de dominância incompleta está relacionada à presença de um alelo funcional e outro não funcional. A pigmentação vermelha da flor de maravilha somente é alcançada quando o alelo F V está duplamente presente, ou seja, seu pro­ duto é expresso em dobro nos homozigotos (F V F V); um alelo F V presente na planta heterozigota (F V FB) determina uma menor expressão da proteína funcional relacionada à cor vermelha e, portanto, o fenótipo observado é a cor cor­de­rosa. Já nas plantas homozigotas recessivas (FB FB), em que o F V está ausente e sua expressão é nula, o fenótipo obtido é de plantas com flores brancas.

F VFB.

Proporção genotípica:

2 1 V B 1 ou F F ; 4 2 4 B B F F . Proporção 1 2 fenotípica: vermelha; 4 4 1 1 ou cor­de­rosa; 2 4 branca. F V F V;

Genética

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Codominância

*Diga aos alunos que os alelos P V e P B podem ter sua representação simplificada pela escrita V e B.

Na codominância, o heterozigoto exibe um fenótipo que mistura o efeito de ambos os fenótipos homozigotos. Os dois alelos são expressos ao mesmo tempo produzindo dois tipos diferentes de proteínas. Por exemplo, em gados da raça Shorthorn, o alelo P V produz proteínas que conferem a cor vermelha para a pelagem desses animais; já o alelo PB produz proteínas para a pelagem branca. Assim, quando o genótipo é hetero­ zigoto P V PB, o animal apresenta pelagem malhada vermelha e branca.* Observe essa representação no esquema a seguir.

pelagem vermelha

pelagem branca

Parentais Ser vivo adulto

Gametas produzidos

P VP V

PBPB

PV

PB

FLPA/Alamy Stock Photo/Latinstock

Boi da raça Shorthorn: pode atingir 1,4 m de comprimento.

Ilustrações: Studio Caparroz

pelagem malhada

F1

Gado Shorthorn de pelagem malhada.

P VPB

Na dominância incompleta, um alelo é parcialmente dominante sobre o outro; já na codominância, ambos os produtos dos alelos são igualmente detectáveis e contribuem para a formação do fenótipo.

Alelos letais Já vimos que um gene possui formas diferentes de se expressar por meio de seus alelos. Do ponto de vista molecular, isso é resultado de uma mutação na sequência do DNA do gene original. Com base no exemplo das características analisadas por Mendel, considere que o gene determinante da cor da ervilha produzia apenas proteínas que conferissem a cor amarela aos indivíduos de uma população de plantas de ervilhas. No entanto, com o surgimento de uma mutação nesse gene, ele passou a codificar para proteínas que conferiam cor verde às sementes. Esse novo alelo, presente em alguns indivíduos em homozigose, é um exemplo de alelo recessivo, cuja existência não traz prejuízos ao indivíduo. Mas algumas mutações podem interferir em vias es­ senciais do desenvolvimento dos seres vivos, levando­os à morte após seu nascimento, ou mesmo impedindo que se desenvolvam no período embrionário. Essas mutações letais são conferidas por alelos designados de alelos letais. Na maioria dos casos, para levar o indivíduo à morte, os alelos letais se expressam de maneira homozigota recessiva. Como exemplo, podemos citar um alelo letal pre­ sente em camundongos, que confere a cor amarela à pelagem.

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*Organismo ou característica selvagem é aquela que contém informações genéticas originais, ou seja, sem alteração de gene.

Unidade 1

A pelagem selvagem* de camundongos, chamada aguti, é expressa por um alelo P, e seu alelo recessivo p é considerado letal. Um indivíduo homozigoto dominante (PP) ou heterozigoto (Pp) se desenvolverá normalmente. Mas a presença do par de alelos homozigoto recessivo (pp) impede o desenvolvimento dos camundongos ainda no es­ tágio fetal. Observe o esquema abaixo. A proporção genotípica do cruzamento entre dois indivíduos heterozigotos amarelos seria de 1 PP; 2 ou 1 Pp; 1 pp. Já a proporção fenotípica seria de 1 aguti, 2 ou 1 amarelo e 1 4 4 2 4 4 4 2 4 teria a probabilidade de morrer no útero materno. Assim, a proporção esperada de 1 : 2 : 1 é 1 2 amarelo : aguti). alterada para 2 : 1 ao analisarmos somente os indivíduos que nasceram ( 3 3

amarelo

amarelo Pp

Pp

Óvulos

P

p

P

p

aguti PP

amarelo Pp

amarelo Pp

morre no útero pp

Ilustrações: Studio Caparroz

Espermatozoides

Ilustrações produzidas com base em: Oxford Journals. Oxford University Press. Disponível em: <http://humrep. oxfordjournals.org/content/24/10/2588/F1.expansion>. Acesso em: 24 maio 2016. UNSW Embryology. UNSW Australia – University of New South Wales. Disponível em: <https://embryology.med.unsw. edu.au/embryology/index.php/Mouse_Timeline_Detailed#Day_17_.28E17.0.29>. Acesso em: 24 maio 2016.

Alelos letais humanos Os alelos letais também são encontrados no ser humano, podendo provocar tanto a morte fetal, quanto uma baixa expectativa de vida. Um exemplo é a doença genética de Tay­Sachs, na qual dois alelos letais recessivos provo­ cam deficiência na produção de uma enzima, resultando em perda de habilidades motoras, fraqueza, convulsão, degeneração neural e cegueira. Em razão disso, a criança possui baixa expectativa de vida, morrendo antes dos cinco anos de idade. Outra condição genética que possui a participação de um alelo letal é a acondroplasia, caracterizada principalmente pelo encurtamento dos membros superiores e inferiores, em ra­ zão do crescimento anormal dos ossos. Os indivíduos nessa condição apresentam braços e pernas desproporcionalmente curtos em relação à cabeça. Na acondroplasia, o alelo letal é dominante. Assim, os indivíduos heterozigotos, que pos­ suem somente um alelo letal dominante, apresentam acondroplasia. Já os indivíduos homozi­ gotos dominantes, que possuem os dois alelos dominantes, não se desenvolvem, e morrem como fetos. Genética

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Alelos múltiplos

Alelo

Padrão de cor da pelagem

c+

selvagem

c ch

chinchila

ch

himalaio

c

albino

Segundo a teoria de Mendel, com relação às características das ervilhas, um lócus gênico é ocupado por somente um alelo. Dessa maneira, um gene possuía somente dois alelos, um em cada cromossomo homólogo. Essa afirmação era coerente com as características estudadas por ele. Entretanto, estudos posteriores verificaram que de­ terminados genes podem possuir três, quatro ou mais alelos que ocupam o mesmo lócus. Essa situação é conhecida como polialelia ou alelos múltiplos. Um exemplo disso pode ser observado na pelagem de coelhos. O gene responsável pela cor dos pelos desses animais possui quatro alelos. Cada um confere um padrão de cor característica. Veja esses padrões no quadro ao lado. Na condição homozigota, cada alelo expressa determinado padrão de cor. Observe.*

Genótipo

c+c+

cchcch

Pelos coloridos pelo corpo.

chch

Pelos brancos com as pontas pretas por todo o corpo.

cc

Pelos brancos pelo corpo e pelos pretos nas extremidades (orelhas, membros, focinho).

Pelos brancos distribuídos por todo o corpo.

Coelho com pelagem padrão selvagem.

Ser vivo adulto Coelho: pode atingir de 14 cm a 63 cm de comprimento.

*Explique aos alunos que as notações genéticas podem seguir padrões distintos, como a que apresentamos para a polialelia em coelhos. Se necessário, auxilie­os a interpretar esses genótipos.

Coelho com pelagem padrão chinchila.

Albino.

Coelho com pelagem padrão himalaia.

cameilia/ Shutterstock.com

Custom Life Science Images/Alamy Stock Photo/Latinstock

Himalaio.

Jean Michel Labat/ Ardea/Diomedia

Chinchila.

LittleMiss/ Shutterstock.com

Selvagem.

Ilustrações: Luciane Mori

Fenótipo

Coelho com pelagem padrão albina.

Esses alelos possuem uma relação de dominância, na qual o tipo selvagem é domi­ nante sobre todos os outros; o tipo chinchila domina sobre o himalaia e o albino; e o tipo himalaia domina sobre o albino. Dessa maneira, a relação de dominância pode ser expressa como mostrado abaixo. c+ > c ch > c h > c

Ao realizar combinações entre os alelos, teremos quatro genótipos homozigotos: c+c+; cchcch; chch; cc e seis genótipos heterozigotos: c+cch; c+ch; c+c; cchch; cchc; chc. Observe no quadro ao lado a relação entre genótipos e fenótipos para a cor da pelagem.

Genótipo

Fenótipo

c+c+; c+c ch; c+c h; c+c

selvagem

c ch c ch; c ch c h; c ch c;

chinchila

c h c h; c h c

himalaio

Independentemente do número de alelos, nos in­ albino cc divíduos das espécies diploides (2n), apenas dois alelos, iguais ou diferentes, podem ocupar os respectivos lócus dos cromossomos ho­ mólogos: um proveniente do gameta paterno e outro do gameta materno. Por isso, as situações de polialelia seguem as proporções esperadas para a segregação indepen­ dente, postuladas na primeira lei de Mendel.

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• •A partir do cruzamento entre um coelho macho homozigoto para pelagem selva­ gem e uma fêmea homozigota para pelagem chinchila, foi obtida a geração F1. Assim, quais seriam os prováveis genótipos e fenótipos da geração F 2, a partir do cruzamento de um macho e uma fêmea da geração F1? Resolução Sabendo que o coelho macho só pode produzir gametas c + e a fêmea somente gametas c ch, o cruzamento entre indivíduos da F1 é: c+c ch

c+c ch

Aplicando esses genótipos no quadro de Punnett, temos que: Os possíveis genótipos da geração F2 são: c+c+, c+c ch e c ch c ch. O fenótipo é de 75% coelhos de pelagem selva­ gem e 25% de pelagem chinchila.

c+

cch

c+

c+c+

c+c ch

cch

c+c ch

c ch c ch

2. Quais são os possíveis genótipos e fenótipos da geração F1, resultante do cruzamento de um coelho macho chinchila (c chc) com um coelho fêmea himalaio heterozigoto?

Unidade 1

Agora, vamos resolver um problema de polialelia.

Veja a resposta desta questão nas Orientações para o professor.

Sistema ABO Um exemplo de polialelia que pode ser encontrado no ser humano está relacionado aos tipos sanguíneos, o sistema ABO. Primeiramente, vamos compreender como ele funciona. No sistema ABO, existem quatro tipos sanguíneos: A, B, AB e O. Na membrana das cé­ lulas, existem antígenos, proteínas que identificam agentes estranhos no corpo humano.* Algumas hemácias possuem antígenos em sua membrana chamados aglutinogênios, que podem ser do tipo A ou B. Quando apenas o aglutinogênio A está presente, o indi­ víduo possui sangue tipo A; quando está presente apenas o aglutinogênio B, o sangue é do tipo B; quando as hemácias possuem os dois aglutinogênios, o sangue é do tipo AB; e quando não existe nenhum desses aglutinogênios, o sangue é do tipo O.

*Os antígenos foram abordados nesta coleção no volume de 2o ano. Se necessário, retome os pontos principais sobre esse assunto com os alunos.

Além desses antígenos, no plasma estão os anticorpos responsáveis por reconhe­ cer antígenos estranhos e inativar as células que o possuem. Esses anticorpos, que reconhecem os aglutinogênios, são chamados aglutininas. Dessa maneira, um indivíduo de tipo sanguí­ neo A possui aglutinina anti-B; o tipo sanguíneo B possui aglutinina anti-A; o tipo sanguíneo AB não possui nenhuma dessas aglutininas; e o tipo sanguíneo O possui aglutininas anti-A e anti-B. Assim, no caso de uma transfusão san­ guínea, observe o quadro ao lado.

Tipo de sangue

Recebe de

Doa para

A

AeO

A e AB

B

BeO

B e AB

AB

A, B, AB e O

AB

O

O

A, B, AB e O

Tipificação de grupos sanguíneos do sistema ABO Você sabe qual é o seu tipo sanguíneo? Geralmente, essa pergunta é realizada antes de uma cirurgia ou de uma doação de sangue. Não se preocupe se você não souber a resposta, pois existem análises feitas por profissionais da saúde em labo­ ratórios ou hospitais que determinam o tipo sanguíneo. Mas como é realizada essa tipagem? De uma maneira simples, ela pode ser realizada pingando duas gotas de sangue em uma lâmina. Sobre uma gota é colocado o soro contendo aglutinina anti-A, e na outra gota, o soro com aglutinina anti-B. O resultado pode ser observado pela aglu­ tinação ou não de hemácias, que é a formação de pequenos blocos de hemácias. Isso ocorre pela ação dos anticorpos sobre os antígenos. O tipo sanguíneo é deter­ minado de acordo com os resultados obtidos. Observe como eles são analisados no esquema a seguir. Genética

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Determinação do tipo sanguíneo

sangue tipo A

sangue tipo B

soro anti-A

A aglutinação do sangue em contato com o soro anti­A e anti­B indica a presença dos aglutinogênios A e B, confirmando o sangue do tipo AB.

soro anti-B

sangue sangue tipo AB

A aglutinação do sangue em contato com o soro anti­B indica a presença de aglutinogênio B, confirmando que o sangue é do tipo B.

Somma Studio

A aglutinação do sangue em contato com o soro anti­A indica a presença de aglutinogênio A, confirmando o sangue do tipo A.

sangue tipo O

A ausência de aglutinação indica a ausência de aglutinogênios A e B, confirmando que o sangue é do tipo O.

Herança genética do sistema ABO A expressão dos aglutinogênios A e B é realiza­ da por um gene, que possui três alelos: I A , IB e i. O alelo IA é responsável pela expressão do antígeno A; o alelo IB, pelo antígeno B; e o alelo i não produz nenhum desses antígenos. Os alelos IA e IB são co­ dominantes entre si, expressando­se igualmente no heterozigoto, mas são dominantes sobre o alelo i. Dessa maneira, existem seis possíveis genótipos para o sistema ABO. Veja­os no quadro ao lado. 3. Um homem com sangue tipo A casou­se com uma mulher com sangue tipo B e tiveram um filho. Sendo o casal heterozigoto, qual é a probabilidade de a criança ter o sangue tipo B? I Ai I Bi I A I B; I A i; I B i; ii A probabilidade de a criança ter sangue do 1 tipo B é de . 4

Genótipos e fenótipos do sistema sanguíneo ABO Genótipos

Fenótipos (tipo sanguíneo)

I A I A ou I A i

A

I I ou I i

B

I AIB

AB

ii

O

B B

B

Sistema Rh Em 1940, o médico e biólogo austríaco Karl Landsteiner (1868­1943) e o imunopato­ logista estadunidense Alexander Solomon Wiener (1907­1976) realizavam experimentos com o sangue de macacos Rhesus (Macaca mulata), injetando­o em cobaias e coelhos. Com base nesses estudos, eles perceberam que, nesses animais, ocorria a produção de anticorpos contra as hemácias do macaco. Assim, os pesquisadores concluíram que, nas hemácias do macaco, havia antígenos que estimulavam a produção de anticor­ pos pelas cobaias e coelhos. Esses antígenos foram chamados fator Rh. A presença do fator Rh nas hemácias do ser humano foi confirmada posteriormente. As pessoas que apresentam esse fator são Rh+ (Rh positivo), e as que não apresen­ tam são Rh – (Rh negativo). O alelo do gene que determina a expressão do antígeno Rh, ou seja, o gene para Rh+, que pode ser determinado pela letra R, é um alelo dominan­ te sobre o alelo r, que determina a ausência desse fator. Veja, no quadro ao lado, a relação entre fe­ nótipos e genótipos do sistema Rh.

Genótipo

Fenótipo

RR; Rr

Rh+

rr

Rh –

No plasma sanguíneo, não existem anticorpos anti-Rh. Esses anticorpos são for­ mados apenas em um indivíduo Rh –, somente se este receber o sangue de uma pes­ soa Rh+. Caso a pessoa Rh – receba uma segunda transfusão, esta não pode ser de outra pessoa Rh+, pois em seu sangue existem anticorpos anti­Rh, produzidos após a primeira doação, os quais desencadeariam uma grave reação fisiológica.

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Observe no esquema a seguir.

Desenvolvimento da eritroblastose fetal

A primeira gestação ocorre normalmente. A mãe Rh – não possui anticorpos anti­Rh contra os antígenos do fator Rh, presentes nas hemácias do feto Rh+.

Durante o primeiro parto, vários capilares sanguíneos se rompem na placenta. Assim, o sangue do bebê entra em contato com o corpo da mãe, iniciando a produção de anticorpos anti­Rh pela mãe. Como essa produção demora alguns dias, não há riscos para o bebê que já nasceu, nem para a mãe.

Ilustrações produzidas com base em: HERLIHY, B.; MAEBIUS, N. K. Anatomia e Fisiologia do corpo humano saudável e enfermo. Barueri: Manole, 2002. p. 278

Caso a mulher engravide novamente e tenha um feto Rh+, os anticorpos anti­Rh presentes nela, que foram produzidos após o primeiro parto, atravessam a placenta e reconhecem as hemácias fetais, destruindo­as. Esse processo continua no bebê recém­nascido e causa graves consequências podendo, inclusive, levá­lo à morte.

mãe Rh–

mãe Rh–

feto Rh+

Studio Caparroz

feto Rh+

Primeira gestação.

Unidade 1

Outro problema relacionado à incompatibilidade do sistema Rh é a eritroblastose fetal, condição que pode ocorrer quando a mãe é Rh – e é sensibilizada pelo feto Rh+. Para que isso ocorra, o pai precisa ser Rh+.

Parto e pós-parto.

Segunda gestação.

Para evitar a eritroblastose fetal, antes do segundo parto, a mãe recebe um antissoro anti­Rh, que inibe a produção dos anticorpos. Caso haja necessidade, o sangue do bebê é substituído aos poucos, de maneira a retirar os anticorpos da mãe.

Transfusão de sangue

A transfusão de sangue é um procedimento por meio do qual é feita a transferência do sangue, ou de seus constituintes separada­ mente (hemácias, plaquetas ou plasma), de um doador para a cor­ rente sanguínea de um receptor. Esse procedimento é realizado com frequência em pacientes com anemia, em tratamento quimio­ terápico ou em alguns procedimentos cirúrgicos. O sangue, antes de ser doado, passa por exames para identifi­ car o tipo sanguíneo e verificar se está livre de microrganismos causadores de doenças, como hepatite B e C, doença de Chagas, sífilis, HIV, entre outras. Segundo dados do Ministério da Saúde, a quantidade de doa­ ções e transfusões de sangue é muito próxima, como mostra o gráfico ao lado. Por isso, é necessário que a população se cons­ cientize sobre a importância da doação de sangue. Essa atitude garante que os bancos de sangue tenham estoque suficiente para atender a população que depende ou que precisar de uma transfu­ são sanguínea. Por isso, doar sangue também é um ato de solida­ riedade. Fonte: MINISTÉRIO DA SAÚDE. Disponível em: <http://bvsms.saude.gov.br/bvs/ publicacoes/caderno_informacao_sangue_hemoderivados_dados_201_9ed.pdf>. Acesso em: 17 maio 2016.

Transfusões e doações de sangue realizadas no Brasil em 2013 e 2014 Procedimentos (em milhares) 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0

2013 Transfusões de sangue

2014

Ano

Doações de sangue

Genética

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Rafael Luís Gaion

Biologia e Sociedade

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. O que são alelos múltiplos? 2. Sobre os alelos múltiplos e a cor da pelagem de coelhos, responda às questões propostas. a ) Quais são os genótipos esperados do cruzamento de um macho selvagem (c + c ch) com uma fêmea chinchila (c ch c)? b ) Qual é a proporção fenotípica esperada do cruzamento de um macho chinchila (c chc h) com uma fêmea himalaia (c h c h)? c ) Quais são os fenótipos esperados do cruzamento de um macho himalaia (c h c) e uma fêmea selvagem (c + c)? E qual é a porcentagem de cada fenótipo? d ) O cruzamento de um macho selvagem (c + c ch) com uma fêmea albina (cc) resulta em quais genótipos e fenótipos?

3. Leia as informações abaixo e, com base em seus conhecimentos, responda às questões

Ser vivo adulto Cavalo palomino: pode atingir de 60 cm a 1,7 m de comprimento.

Nikolay Efremov/Shutterstock.com

propostas. Originário dos Estados Unidos, o cavalo palomino é um animal que apresenta uma pelagem dourada com a crina e a cauda de coloração bem clara. Esses animais nascem do cruzamento de um cavalo de pelagem avermelhada, com genótipo CC e um cavalo com genótipo RR que apresenta a pelagem de coloração creme, isto é, apresentam o genótipo CR.

Cavalo palomino.

a ) Que tipo de dominância é observado no exemplo acima? Explique­a. b ) Explique a diferença entre dominância incompleta e codominância.

4. O hemocentro de uma determinada cidade estava neces­ sitando de doações de sangue para repor o estoque de todos os tipos sanguíneos. Por isso, quatro amigos foram até o hemocentro doar sangue. O quadro abaixo apre­ senta os nomes dos indivíduos e as respectivas agluti­ ninas encontradas em seus sangues.

A

Nome dos doadores

Aglutinina (anticorpo)

Manoel

anti­B

Célia

anti­A

Hugo

não possui

Marta

anti­A e anti­B

B

AB

O

Guilherme Casagrandi

c ) Qual é a proporção fenotípica e a genotípica do cruzamento entre dois cavalos palomino (CR)?

Com base nessas informações, responda às questões propostas. a ) No caderno, relacione os doadores às bolsas de sangue contendo o tipo de sangue correto. b ) Se Marta precisasse de uma transfusão de sangue, ela poderia recebê­lo de qualquer um de seus amigos? Por quê? c ) Qual é a importância da doação de sangue? Por que é fundamental a compatibilidade do tipo sanguíneo do doador com o do receptor?

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Unidade 1

5. Leia o trecho da notícia abaixo e responda às questões propostas. Desde que tinha 18 anos, o australiano James Harrison, hoje com 78, doa sangue e com esse gesto foi capaz de salvar a vida de aproximadamente 2 milhões de recém-nascidos [...]. A cada semana, durante seis décadas, médicos usam seus anticorpos para produzir a vacina anti-D, usada para tratar mulheres grávidas que sofrem com a doença de Rhesus, ou eritroblastose fetal, uma enfermidade hemolítica causada pela incompatibilidade do fator Rh no sangue da mãe e do bebê. [...] [...] Harrison tem sido o único doador desses anticorpos, salvando milhões de bebês tanto na Austrália quanto em outros países do mundo. [...] [...] HOMEM com anticorpos raros doa sangue há 60 anos e salva 2 milhões de bebês. Uol, 10 jun. 2015. Ciência e Saúde. Disponível em: <http://noticias.uol.com.br/saude/ultimas­noticias/redacao/2015/06/10/homem­com­anticorpos­ raros­doa­sangue­ha­60­anos­e­salva­2­milhoes­de­bebes.htm#fotoNav=1>. Acesso em: 16 mar. 2016.

a ) O que é o fator Rh? b ) Por que a eritroblastose fetal é uma doença que se manifesta nos fetos somente após a primeira gestação? c ) Se uma mulher Rh – se casar com um homem Rh + heterozigoto, qual é a probabilidade de o segundo filho do casal desenvolver eritroblastose fetal?

6. Gregor Johann Mendel (1822­1884), por meio de seus experimentos com ervilhas­de­jardim, demostrou que dois alelos de um único gene estabelecem uma relação de dominância com­ pleta: um indivíduo heterozigoto expressa o fenótipo do alelo dominante. Entretanto, as variações dessa relação de dominância são frequentemente observadas. Quais são as outras relações que os alelos de um gene podem estabelecer? Exemplifique­as.

7. O rabanete (Raphanus sativus) é uma raiz de alto valor nutritivo (rica em cálcio, ferro, fósforo

Rabanete de raiz longa.

Gurcharan Singh/Alamy Stock Photo/Latinstock

ORLIO/Shutterstock.com

Olha Afanasieva/Shutterstock.com

e vitaminas), sendo um importante complemento alimentar. O formato dessa raiz é determi­ nado por um gene de dominância incompleta. Quando uma planta de raiz longa (LL) é cruzada com uma planta de raiz arredondada (ll), 100% da geração F1 é de plantas com raiz oval (Ll). De um cruzamento entre essas plantas F1 obtiveram­se 440 indivíduos. Quan­ tas dessas plantas poderão ter raiz longa, arredondada e raiz oval?

Rabanete de raiz arredondada.

Rabanete de raiz oval.

8. (UFRN) Três indivíduos foram ao banco de sangue e tiveram seus tipos sanguíneos identifica­ dos a fim de se tornarem doadores. As figuras abaixo mostram os resultados da identificação da tipagem sanguínea ABO Rh obtida, em cada um dos indivíduos, após a realização dos testes de aglutinação. Para a realização desse teste, são adicionados os anticorpos especí­ ficos à amostra de sangue do indivíduo. A

B

Rh

A

B

Rh

A

B

Rh Guilherme Casagrandi

A partir dos resultados obtidos nos testes, pode­se afirmar que: a ) o indivíduo 1 é um doador universal. b ) 1 pode doar sangue para o indivíduo 2. c ) 2 pode doar sangue para o indivíduo 3. d ) 3 apresenta anticorpos anti­A.

Indivíduo 11. Indivíduo

Indivíduo 22. Indivíduo

Indivíduo 33. Indivíduo

Genética

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9. (Fuvest­SP) Numa espécie de planta, a cor das flores é determinada por um par de alelos. Plantas de flores vermelhas cruzadas com plantas de flores brancas produzem plantas de flores cor­de­rosa. Do cruzamento entre plantas de flores cor­de­rosa, resultam plantas com flores: a ) das três cores, em igual proporção. b ) das três cores, prevalecendo as cor­de­rosa. c ) das três cores, prevalecendo as vermelhas. d ) somente cor­de­rosa. e ) somente vermelhas e brancas, em igual proporção.

10. (UEL­PR) Um menino tem o lobo da orelha preso e pertence a uma família na qual o pai, a mãe e a irmã possuem o lobo da orelha solto. Esta diferença não o incomodava até come­ çar a estudar Genética e aprender que o lobo da orelha solto é um caráter controlado por um gene com dominância completa. Aprendeu também que os grupos sanguíneos, do sistema ABO, são determinados pelos alelos I A , I B e i. Querendo saber se era ou não filho biológico deste casal, buscou informações acerca dos tipos sanguíneos de cada um da família. Ele verificou que a mãe e a irmã pertencem ao grupo sanguíneo O e o pai, ao gru­ po AB. Com base no enunciado é correto afirmar que: a ) a irmã é quem pode ser uma filha biológica, se o casal for heterozigoto para o caráter grupo sanguíneo. b ) ambos os irmãos podem ser os filhos biológicos, se o casal for heterozigoto para os dois caracteres. c ) o menino é quem pode ser um filho biológico, se o casal for heterozigoto para o caráter lobo da orelha solta. d ) a mãe desta família pode ser a mãe biológica de ambos os filhos, se for homozigota para o caráter lobo da orelha solta. e ) o pai desta família pode ser o pai biológico de ambos os filhos, se for homozigoto para o caráter grupo sanguíneo.

11. (Mackenzie­SP) Em algumas espécies de roedores, o padrão da pelagem (malhada ou uni­ forme) é condicionado por um par de genes autossômicos não codominantes. Se dois in­ divíduos malhados forem cruzados, a prole obtida será composta por indivíduos de pelagem malhada e uniforme, na proporção 2 : 1. Considere as afirmativas abaixo. I ) O gene que determina pelagem malhada é dominante. II ) Um dos dois alelos é letal em homozigose. III ) Se dois indivíduos com pelagem uniforme forem cruzados, toda a prole será constituída de indivíduos com pelagem uniforme. Assinale: a ) Se todas as afirmativas forem corretas. b ) Se somente a afirmativa I for correta. c ) Se somente as afirmativas I e II forem corretas. d ) Se somente a afirmativa III for correta. e ) Se somente as afirmativas I e III forem corretas.

Refletindo sobre o capítulo

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Neste capítulo, foram apresentadas algumas variações no padrão de herança. Explique, com suas palavras, cada uma delas. B Qual é a importância de conhecer o tipo de sangue antes de realizar uma transfusão sanguínea?

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Nicolle Rager Fuller/National Science Foundation/SPL/Latinstock

Comparação entre o milho ancestral e o atual. A espiga da esquerda é o teosinte (Balsas teosinte), antepassado do milho moderno (Zea mays). A moeda serve como referência para a comparação entre o tamanho das espigas.

capítulo

Segunda lei de Mendel *Explique aos alunos que homem, neste texto, refere-se ao ser humano, e não às diferenças de gênero.

[...] Ao longo do tempo, o homem* promoveu uma crescente domesticação do milho por meio da seleção visual no campo, considerando importantes características, tais como produtividade, resistência a doenças e capacidade de adaptação, dentre outras, dando origem às variedades hoje conhecidas. [...] A partir do início do século XX, vários programas de melhoramento genético usando bases científicas foram iniciados. O desenvolvimento de linhas puras, ou linhagens, oriundas do processo de autofecundação (pólen da planta fecundando a si própria) das plantas de milho por várias gerações, e do vigor híbrido, ou heterose – resultante do cruzamento dessas linhagens –, foram os responsáveis pelo impulso que o melhoramento genético convencional tomou no início do século passado. CONSELHO de informações sobre biotecnologia. Guia do milho: tecnologia do campo à mesa. p. 4. Disponível em: <www.cib.org.br/pdf/guia_do_milho_CIB.pdf>. Acesso em: 19 abr. 2016.

A Qual a importância da autofecundação? B A seleção visual citada no texto pode ser definida como uma seleção fenotípica ou genotípica? Por quê? C Um produtor rural gostaria de selecionar as características de resistência a pragas e produção de sementes de um milheiro. Considerando que cada característica é condicionada por um gene e que cada gene possui dois alelos, se ele realizasse a autofecundação de plantas heterozigotas para essas características, como poderiam ser representados os genótipos para esse cruzamento?

A) A autofecundação evita a variabilidade, tornando possível selecionar artificialmente a característica escolhida da planta. B) Seleção fenotípica, porque a escolha das plantas se deu por meio das características visíveis que a planta apresentava. C) São duas características: resistência a pragas e produção de sementes. Utilizando símbolos aleatórios, os genótipos poderiam ser representados da seguinte maneira: AaBb. Assim, o autocruzamento seria AaBb 5 AaBb.

Genética

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Mendel e o estudo de duas características

1. Como esta prole se apresenta na proporção 9 : 3 : 3 : 1 para plantas Como estudamos no capítulo 1, Mendel escolheu a ervilha-de-jardim para iniciar seus com sementes amarela lisa, verde lisa, amarela experimentos por esse vegetal realizar somente autopolinização, sem trocar material rugosa e verde rugosa, respectivamente, temos: genético com outra planta via polinização cruzada. Dessa maneira, as ervilhas se man9 + 3 + 3 + 1 = 16 tinham puras para várias características, o que facilitou o trabalho de Mendel, pois ele 512 : 16 = 32 indivíduos poderia trabalhar uma característica por vez. 32 . 9 = 288 indivíduos Com o avanço de seus estudos, Mendel começou a testar como seria o padrão 32 . 3 = 96 indivíduos 32 . 1 = 32 indivíduos de herança ao analisar duas características simultaneamente: cor da semente e textura Assim, o. . . .número . . . . . . . . . . . . . . . .de . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .da . . . . . . .semente. ............. Ele sabia antecipadamente que as características cor da semente amarela e indivíduos será de: 288 plantas com sementes textura lisa eram dominantes sobre as caraterísticas cor da semente verde e textura amarelas lisas; 96 rugosa, pois já as havia testado anteriormente, mas de maneira separada. plantas com sementes verdes lisas, 96 plantas Mendel então realizou um cruzamento diíbrido, ou seja, testou o cruzamento entre com sementes amarelas rugosas e 32 plantas duas características ao mesmo tempo: plantas que produziam sementes amarelas e lisas com sementes verdes – características homozigotas dominantes – com plantas que produziam sementes verdes rugosas.

P

Martin Shields/Photo Researchers, Inc./Latinstock

e rugosas – características homozigotas recessivas. Assim, ele obteve uma geração F1 heterozigota para as características amarela e lisa. Com a autofecundação entre as plantas da F1, obteve uma proporção aproximada de 9 : 3 : 3 : 1 em F2. Observe a seguir.

amarela lisa

verde rugosa

F1

(autofecundação)

amarela lisa

Ilustrações: Somma Studio

amarela lisa

Sementes de ervilha verde rugosa e amarela rugosa.

F2 verde lisa

amarela lisa 9

:

3

amarela rugosa :

3

verde rugosa :

1

1. Sabendo-se que a prole F2 deste cruzamento é de 512 indivíduos, qual é o número de plantas com sementes amarelas lisas, verdes lisas, amarelas rugosas e verdes rugosas, respectivamente, dessa prole?

proporção aproximada

Se considerarmos que o gene para cor de sementes possui um alelo dominante V para a cor amarela e um alelo recessivo v para a cor verde, teremos que os genótipos VV e Vv conferem a coloração amarela às sementes e o genótipo vv é responsável pela coloração verde. Quanto ao gene para textura da semente, o alelo dominante R confere a textura lisa às sementes e seu alelo recessivo r está relacionado à expressão da textura rugosa. Logo, teremos que os genótipos RR e Rr são de sementes lisas e rr, de sementes rugosas.

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Verdes rugosas

vr

vr

VR

VvRr

VvRr

VR

VvRr

VvRr

Amarelas puras

VR Vr VvRr

B

V

v

VR

r

Vr

R

vR

r

vr

vr

✕ VVRR

vvrr

Gametas produzidos:

VR

vr

amarela lisa

amarela lisa

autofecundação

✕ VvRr

R

ou

vR

P

F1

Considerando a distribuição aleatória dos alelos, essas plantas podem produzir quatro tipos de gametas: VR, Vr, vR, vr. Para identificá-los, existem duas maneiras diferentes. Observe: A

verde rugosa

amarela lisa

Unidade 1

Mas qual seria a explicação para a proporção 9 : 3 : 3 : 1 observada? No cruzamento que Mendel realizou, as parentais puras para semente amarela e lisa, de genótipo VVRR, produzem gametas VR, e as parentais puras para semente verde e rugosa, de genótipo vvrr, produzem gametas vr. Dessa maneira, a F1 resulta em sementes amarelas lisas de genótipo VvRr. Observe ao lado e no quadro abaixo.

Gametas VR produzidos:

Vr

VvRr

vR

vr

X

VR

Vr

vR

vr

F2 amarela lisa

amarela lisa

amarela lisa

amarela lisa

VVRR

VVRr

VvRR

VvRr

amarela lisa

amarela rugosa

amarela lisa

amarela rugosa

VVRr

VVrr

VvRr

Vvrr

amarela lisa

amarela lisa

verde lisa

verde lisa

gametas produzidos

Colocando esses gametas no quadro de Punnett e realizando suas combinações, teremos os seguintes genótipos na F2, resultantes da autofecundação entre as plantas da F1 realizada por Mendel. Veja abaixo. Vr

vR

vr

VvRR

VvRr

vvRR

vvRr

VR

VVRR

VVRr

VvRR

VvRr

amarela lisa

amarela rugosa

verde lisa

verde rugosa

Vr

VVRr

VVrr

VvRr

Vvrr

vR

VvRR

VvRr

vvRR

vvRr

vr

VvRr

Vvrr

vvRr

vvrr

VvRr

Vvrr

vvRr

vvrr

Ilustrações: Somma Studio

VR

A partir de um cruzamento entre heterozigotos para duas características, a proporção genotípica formada é de 1 : 2 : 2 : 4 : 1 : 2 : 1 : 2 : 1, ou seja, um VVRR; dois VVRr; um VvRR; quatro VvRr; um VVrr; dois Vvrr; um vvRR; dois vvRr; um vvrr, enquanto a proporção fenotípica é de 9 : 3 : 3 : 1, ou seja, nove sementes amarelas lisas; três amarelas rugosas; três verdes lisas; uma verde rugosa.

A meiose e a segunda lei de Mendel Como vimos, uma característica é controlada por um gene, e seus alelos são responsáveis pela variação dessa característica. Com os resultados obtidos pelo estudo de duas características ao mesmo tempo, percebe-se que genes diferentes se distribuem independentemente* e de maneira aleatória durante a formação dos gametas, produzindo todas as combinações possíveis. Esse é o princípio da segunda lei de Mendel. Para entendê-la melhor, vamos verificar como ocorre a formação dos gametas durante a meiose, utilizando duas características estudadas por Mendel: cor e textura da semente.

*Genes para diferentes características presentes em um mesmo cromossomo fogem à regra da distribuição independente, a não ser que estejam à grande distância um do outro (frequência de 50% de recombinação). Este assunto será abordado com mais detalhes no capítulo 4 deste volume.

Genética

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Meiose simplificada na formação de gametas com duas características gametas formados metáfase II

Primeira possibilidade de separação dos cromossomos.

meiose II V

R

v

metáfase I

Vv

r

v r

v r

v R

Rr

r

meiose II V

Duplicação das cromátides.

Ilustrações produzidas com base em: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 96.

v

V r

V

meiose I

r

r

V r

Segunda possibilidade de separação dos cromossomos.

meiose II v

v R

v R

R

v R

Guilherme Casagrandi

r

V

meiose II

V R

R

R

r v

R

V

meiose I

Uma célula diploide com dois pares de cromossomos homólogos.

V

V

Perceba que os diferentes genes e seus alelos se distribuem independentemente e de maneira aleatória, como afirma a segunda lei de Mendel.

Cruzamento teste Imagine que você tenha em mãos uma ervilha amarela rugosa. Sendo rugosa, seu genótipo para essa característica seria rr. Mas, para a característica amarela, seu genótipo poderia ser VV ou Vv. Como seria possível descobrir se o genótipo dessa semente para a cor é homozigoto (VVrr) ou heterozigoto (Vvrr)? Para responder a essa pergunta, é necessário realizar um cruzamento teste, que identifica se um indivíduo que porta o fenótipo dominante é homozigoto ou heterozigoto. Para isso, basta cruzar esse indivíduo com outro sabidamente homozigoto recessivo. Se toda a descendência expressar o fenótipo dominante, o genótipo é homozigoto. Porém, se metade da prole expressar o fenótipo dominante e o restante o recessivo, o provável genótipo do indivíduo testado é heterozigoto. Observe, no exemplo a seguir, o cruzamento teste realizado somente para a característica cor da semente.

Se o genótipo dominante for:

Cruzamento teste

Genótipos resultantes

Fenótipos

homozigoto

VV x vv

Vv

100% característica dominante

heterozigoto

Vv x vv

Vv; vv

50% característica dominante; 50% característica recessiva

Observe que, caso a planta que produzisse sementes amarelas fosse cruzada com uma que produzisse sementes verdes, e o resultado fosse uma F1 de sementes amarelas, seu genótipo seria homozigoto. Caso fosse heterozigoto, a F1 seria composta de metade de plantas que produziriam sementes amarelas e metade que produziriam sementes verdes.

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Unidade 1

Resolução de atividades Vamos resolver alguns problemas de diibridismo.

1. Considere que a cor negra da pelagem de determinadas raças de cavalos seja controlada pelo alelo dominante C, e a cor alazão (castanha), pelo alelo recessivo c. Nessas mesmas raças, a característica trote, um tipo de andamento do cavalo, é expressa pelo alelo dominante M, e a característica marcha é representada pelo gene recessivo m.

*Verifique se os alunos relacionam a formação de somente um tipo de gameta com a construção do quadro de Punnett.

Qual é a probabilidade de nascerem dois cavalos de pelagem negra e trotadores do cruzamento entre um macho heterozigoto negro e trotador e uma égua alazã marchadora? gametas produzidos Resolução Sendo o macho heterozigoto para as características cor da pelagem e andamento, seu genótipo será CcMm. No caso da fêmea, seu genótipo é ccmm. Obtendo os gametas que esses animais podem gerar, temos, ao lado, que:

CcMm CM Cm cM cm

gametas produzidos

Agora, colocando os gametas no quadro de Punnett, temos que:* cm CM

CcMm

Cm

Ccmm

cM

ccMm

cm

ccmm

cm cm cm cm

ccmm

1 (25%) de 4 pro­ b abilidade de um cavalo nascer com pelagem negra e trotador (CcMm). Como cada nascimento é um evento independente, então a probabilidade de nascerem dois cavalos com essas características é de: 1 . 1 = 1 , ou 6,25%. 4 4 16 A partir do cruzamento citado acima, existe

2. A característica cor da flor de uma planta é controlada por um gene. Seu alelo dominante B condiciona flor roxa, e seu recessivo b, flor branca. Já a característica folha grande é expressa pelo alelo dominante P, e folha pequena, pelo seu recessivo p. a ) Se um agricultor realizar a autofecundação de plantas heterozigotas para essas duas características, qual é a proporção fenotípica que ele obterá na geração F1? b ) O agricultor precisava saber se uma planta com flores roxas e de folhas pequenas era heterozigota para a cor. Para isso, realizou um cruzamento teste com essa planta, e, na F1, obteve 50% de plantas com flores roxas e folhas pequenas e 50% de plantas com flores brancas e folhas pequenas. Com base nesse cruzamento, ele compreendeu que o genótipo da planta testada era heterozigoto para cor. Como ele chegou a essa conclusão? Resolução a ) A representação da autofecundação entre plantas heterozigotas para as características citadas seria: BbPp BbPp.

Colocando esses gametas no quadro de Punnett, teremos os seguintes genótipos e fenótipos:

Ao determinar os gametas, temos que: B b

BP

Bp

bP

bp

P — BP

BP

BBPP

BBPp

BbPP

BbPp

p — Bp

Bp

BBPp

BBpp

BbPp

Bbpp

bP

BbPP

BbPp

bbPP

bbPp

bp

BbPp

Bbpp

bbPp

bbpp

P — bP p — bp

gametas produzidos

9 plantas roxas com folhas grandes; 3 plantas roxas com folhas pequenas; 3 plantas brancas com folhas grandes; 1 branca com folha pequena.

b ) Para identificar o genótipo dominante cor da flor como homozigoto ou heterozigoto, o agricultor realizou um cruzamento teste. Para isso, ele cruzou a planta cujo genótipo queria identificar (B_pp) com outra conhecidamente recessiva para as duas características (bbpp), ou seja, uma planta com flor de cor branca e folhas pequenas. Partindo dos resultados obtidos, o único provável genótipo é o heterozigoto para cor da flor (Bbpp). Genética

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As principais técnicas desenvolvidas durante a Revolução Verde, que contribuíram com o aumento da produtividade agrícola, foram:

• a mecanização, a irrigação e a utilização de fertilizantes e defensivos agrícolas, como herbicidas, inseticidas e fungicidas;

• o desenvolvimento de pesquisas em sementes; • o uso de variedades de vegetais geneticamente melhoradas.

ck

l a /C o r b i s / L a t i n s t o

v a B ag

A Revolução Verde se iniciou em 1943, quando o agrônomo estadunidense Norman Ernest Borlaug (1914-2009) foi convidado para organizar e administrar um programa de pesquisa e produção de trigo no México. Esse programa visava treinar jovens cientistas mexicanos nas áreas de Genética, Agronomia, ciência do solo e tecnologia de cereais, principalmente milho, arroz e trigo, para que as pesquisas nesses campos contribuíssem para o aumento da produtividade.

P al l a

Geografia Encontro com...

Revolução Verde

Norman Ernest Borlaug, considerado o pai da Revolução Verde, recebeu em 1970 o prêmio Nobel da Paz pelo desenvolvimento de técnicas de plantio que ajudaram a reduzir a fome no mundo.

O melhoramento genético realizado durante a Revolução Verde basicamente consistiu na seleção de características agronômicas de interesse a partir da variação natural encontrada nas plantas cultivadas. Dos vários cruzamentos, durante várias gerações, entre plantas portadoras de genes que conferiam as características desejadas, os pesquisadores obtiveram plantas consideradas vantajosas à produtividade. Por exemplo, no arroz, há um gene que determina o porte da planta e outro gene que determina a resistência da planta à doenças bacterianas. A presença do alelo recessivo do gene para a altura resulta em baixo porte, e a presença do alelo dominante para o segundo gene confere resistência à doenças bacterianas. Os cruzamentos entre as linhagens portadoras de alelos vantajosos resultam em plantas geneticamente melhoradas; os descendentes são resistentes à doenças bacterianas e de baixo porte, o que diminui o risco de queda da plantação em consequência de ventos fortes. Outra característica obtida por meio do melhoramento genético de plantas de interesse agrícola está relacionada à sensibilidade ao fotoperíodo. Plantas sensíveis ao fotoperíodo terão seu florescimento atrasado se submetidas à luz por um período maior do que a sua necessidade. Já as plantas insensíveis ao fotoperíodo têm o seu crescimento e desenvolvimento alterado apenas em função da temperatura do ar. As plantas de feijão-caupi, por exemplo, que podem ser sensíveis ou insensíveis ao fotoperíodo, quando insensíveis, produzem mais. Outros exemplos são o desenvolvimento de plantas sensíveis ao uso dos fertilizantes, resistentes a insetos, tolerantes a alagamentos, entre outros benefícios relativos à produtividade agrícola. Plantação de milho.

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Unidade 1

O nome Revolução Verde surgiu em 1960, após a disseminação das novas técnicas agrícolas para os países chamados na época de subdesenvolvidos, como o Brasil. Essa disseminação teve como finalidade reduzir o problema da fome nesses países. Em consequência desses investimentos, houve um notável aumento da produtividade agrícola mundial, como mostra o gráfico a seguir. Produção mundial de arroz, milho e trigo

1200

Rafael Luís Gaion

Toneladas de alimentos (em milhões)

1500

900 600 300 1963

1973

1983

1993

2003

2013

Anos

Fonte: FOOD and Agriculture Organization (FAO). Disponível em: <http://faostat.fao.org/ site/567/DesktopDefault. aspx?PageID=567#ancor>. Acesso em: 26 abr. 2016.

Embora a Revolução Verde tenha promovido o aumento da produtividade agrícola, resultando na expansão da produção de alimentos, ela não foi suficiente para acabar com a fome no mundo. Segundo dados da Organização das Nações Unidas para Agricultura e Alimentação (FAO), atualmente (2016) existem aproximadamente 792 milhões de pessoas subnutridas no mundo, como mostra o gráfico a seguir. Declínio da subnutrição mundial

Rafael Luís Gaion

Número de pessoas subnutridas (em milhões)

1200

1000

800

600

1991 1994 1997 2000 2003 2006 2009 2012 2015 Anos

Fonte: FOOD and Agriculture Organization (FAO). Disponível em: <http:// faostat3.fao.org/home/E>. Acesso em: 26 abr. 2016.

É fato que a tecnologia aplicada para a produção de alimentos permite que a quantidade produzida seja mais que suficiente para alimentar todas as pessoas do planeta. Mas isso não ocorre na prática, pois vários outros fatores estão relacionados ao cenário da subnutrição. Entre eles, podemos citar o desequilíbrio da distribuição de alimentos, causado por fatores sociais, políticos e econômicos, e o desperdício de alimentos.

2. O desperdício de alimentos é um dos motivos pelos quais, ainda hoje, milhões de pessoas se encontram em estado de subnutrição no mundo. Que atitudes você pode ter em seu cotidiano para evitar o desperdício de alimentos? Resposta pessoal. Andrew Fletcher/ Shutterstock.com

Genética

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Qual é a conclusão da investigação de Gregor Mendel que ficou conhecida como a segunda lei de Mendel?

2. Explique a diferença entre monoibridismo e diibridismo genético. dominante S, já as plantas suscetíveis são determinadas pelo alelo recessivo s. A cor roxa do grão de milho é uma condição determinada pelo alelo dominante R, e a cor amarela é determinada pelo alelo recessivo r. Um produtor rural cruzou duas linhagens de milho e obteve 484 plantas resistentes com grãos de milho roxos, 161 plantas resistentes com grãos de milho amarelos, 161 plantas suscetíveis com grãos de milho roxos e 54 plantas suscetíveis com grãos de milho amarelos. Com base nessas informações, responda. a ) Quais são os genótipos das linhagens parentais? Justifique. b ) Qual é a proporção genotípica esperada desse cruzamento?

wasanajai/ Shutterstock.com

3. Considere que a resistência a pragas é determinada pelo gene

Espiga de milho com grãos roxos e espiga com grãos amarelos.

4. Suponha que a cor preta da pelagem do carneiro seja dominante sobre a cor branca e que a espessura fina da lã seja dominante sobre a espessura grossa. Baseando-se nessas informações, responda às questões a seguir. a ) Considere que os alelos que determinam a coloração da pelagem do carneiro são A/a e os alelos responsáveis pela espessura da lã, B/b. Quais são os possíveis gametas formados por um macho com o genótipo AABb e uma fêmea Aabb? b ) Quais fenótipos e genótipos são esperados do cruzamento entre os indivíduos citados na questão a? c ) Do cruzamento entre dois animais diíbridos heterozigotos, qual será a probabilidade de surgirem indivíduos com pelagem preta e com lã grossa? E de indivíduos de pelagem branca e lã fina?

5. Em determinada planta, dois genes que segregam independentemente são responsáveis pela cor (A) e pelo tamanho (B) dos seus frutos. A cor roxo-avermelhada do fruto é dominante em relação à cor amarela, e o fruto grande é dominante em relação ao fruto pequeno. Com base nessas informações, responda às questões propostas. a ) Que gametas podem ser formados em uma planta com o genótipo heterozigoto para as duas características? b ) Qual é a porcentagem dos fenótipos esperados do cruzamento entre uma planta homozigota dominante para as duas características e uma heterozigota para essas características? c ) Em um cruzamento entre duas plantas heterozigotas para as duas características, foram obtidos 715 indivíduos. Copie o quadro abaixo no caderno, completando-o. Fenótipos

Genótipos

Número esperado de indivíduos

Fruto roxo-avermelhado e grande

III

VI

I

IV

134

II

aaBB; aaBb

VII

Fruto amarelo e pequeno

V

VIII

6. Um criador de hamster (um roedor) possuía um animal de pelos longos e de pelagem branca. Ele sabia que a característica pelo longo é dominante (alelo C) em relação a pelo curto (alelo c) e que a cor branca da pelagem é recessiva (alelo b) em relação à cor preta (alelo B). Como o criador poderia saber se o animal era puro (homozigoto) para essas duas características?

46

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Unidade 1

7. (Mackenzie-SP) Suponha que, em uma planta, os genes que determinam bordas lisas das folhas e flores com pétalas lisas sejam dominantes em relação a seus alelos que condicionam, respectivamente, bordas serrilhadas e pétalas manchadas. Uma planta diíbrida foi cruzada com uma de folhas serrilhadas e de pétalas lisas, heterozigota para esta característica. Foram obtidas 320 sementes. Supondo que todas germinem, o número de plantas, com ambos os caracteres dominantes, será de a ) 120.

b ) 160.

c ) 320.

d ) 80.

e ) 200.

8. (UFGD-MS) Mendel concluiu que, na formação dos gametas, os fatores responsáveis por dois ou mais caracteres distribuíam-se independentemente, permitindo maior número de combinações. I ) A 1a Lei de Mendel trata da transmissão de várias características através das gerações. II ) Os princípios estabelecidos na 2 a lei de Mendel podem ser aplicados nos cruzamentos que envolvem um ou dois pares de genes. III ) Num determinado gameta, o gene dominante V poderia estar acompanhado tanto do gene dominante R quanto do gene recessivo r. O mesmo fenômeno ocorreria com gene recessivo v, que poderia estar com genes R e r. IV ) Num cruzamento, os diferentes tipos de gametas masculinos e femininos podem unir-se aleatoriamente. V ) Polihibridismo refere-se à análise realizada em até duas características ao mesmo tempo. Assinale a alternativa que apresenta todas as afirmativas corretas. a ) Apenas I.

b ) I e II.

c ) I, II e V.

d ) III e IV.

e ) IV e V.

9. (Fuvest-SP) Em tomates, a característica planta alta é dominante em relação à característica planta anã e a cor vermelha do fruto é dominante em relação à cor amarela. Um agricultor cruzou duas linhagens puras: planta alta/fruto vermelho x planta anã/fruto amarelo. Interessado em obter uma linhagem de plantas anãs com frutos vermelhos, deixou que os descendentes dessas plantas cruzassem entre si, obtendo 320 novas plantas. O número esperado de plantas com o fenótipo desejado pelo agricultor e as plantas que ele deve utilizar nos próximos cruzamentos, para que os descendentes apresentem sempre as características desejadas (plantas anãs com frutos vermelhos), estão corretamente indicados em: a) b) c) d) e)

16; 48; 48; 60; 60;

plantas plantas plantas plantas plantas

homozigóticas em relação às duas características. homozigóticas em relação às duas características. heterozigóticas em relação às duas características. heterozigóticas em relação às duas características. homozigóticas em relação às duas características.

10. (Fatec-SP) Em determinada planta, flores vermelhas são condicionadas por um gene dominante e flores brancas por seu alelo recessivo; folhas longas são condicionadas por um gene dominante e folhas curtas por seu alelo recessivo. Esses dois pares de alelos localizam-se em cromossomos diferentes. Do cruzamento entre plantas heterozigóticas para os dois caracteres resultaram 320 descendentes. Desses, espera-se que o número de plantas com flores vermelhas e folhas curtas seja a ) 20.

b ) 60.

Refletindo sobre o capítulo

c ) 160.

d ) 180.

e ) 320.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Qual é a probabilidade de o produtor citado na questão c da página 39 obter, a partir do cruzamento que realizou, plantas com as características de resistência a pragas e boa produtividade de sementes? Considere que essas características são dominantes. B Observe os quadros da página 41. Utilize-os como exemplos para determinar quantos e quais gametas se formarão a partir do cruzamento de três características: DdEeFf x DdEeFf. C Existe alguma relação entre os trabalhos realizados por Mendel e a Revolução Verde? Justifique.

Genética

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capítulo

c.byatt-norman/Shutterstock.com

Cachorros da raça labrador.

Interações e ligações gênicas Conforme estudado, os genes estão presentes nos cromossomos e são responsáveis por condicionar as características de um ser vivo. O número de genes presentes em um cromossomo, bem como a quantidade de cromossomos, varia conforme o ser vivo. Observe no quadro a seguir. Espécie

Fonte: EDINFORMATICS.COM. What is the human genome and how big is it? Disponível em: <www.edinformatics.com/ math_science/human_ genome.htm>. Acesso em: 5 maio 2016.

A) Possíveis respostas: a altura, a massa, o tipo de cabelo, entre outras características. B) Sim, porque, ao conhecer as caraterísticas de um gene, como sua posição no cromossomo, torna-se mais fácil compreender quais tipos de interações ele pode realizar, bem como identificar o produto codificado por ele.

Número de cromossomos (2n)

Número aproximado de genes

Ser humano

46

21 000

Cachorro

78

25 000

Arroz

24

46 022 – 55 615

Mosca-da-fruta

8

13 600

Ao observar os dados desse quadro, pode se concluir que, em um único cromossomo, existem milhares de genes. Por exemplo, no cromossomo X dos seres humanos, são encontrados aproximadamente 1 400 genes. De alguma maneira, os genes realizam interações entre si e determinam, por exemplo, a diferença na cor da pelagem dos labradores mostrados na fotografia acima. Essa diferenciação, assim como a de cor de pele e de olhos no ser humano, é resultado de diferentes interações entre alguns genes responsáveis por essas características. A Diversas características dos seres vivos são controladas pela interação entre mais de dois genes. Cite outra característica aparente do ser humano que possa ter influência desse tipo de interação gênica. B O conhecimento sobre determinado gene, como a posição em que ele se encontra no cromossomo, tem alguma importância? Por quê?

48

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Unidade 1

O estudo das interações e ligações gênicas Até agora, vimos que um gene é responsável por uma determinada característica e que seus alelos podem gerar uma variação dela. Também vimos que os alelos de um mesmo gene podem interagir entre si e exercer diferentes relações de dominância entre eles. Além disso, estudamos que determinados genes possuem mais do que dois tipos de alelos, os quais estabelecem entre si um padrão de dominância. Neste capítulo, veremos que determinada característica pode ser controlada pela ação de dois ou mais genes e também que determinado gene pode controlar mais de uma característica. Além disso, estudaremos outros tipos de heranças que são exceções às proporções estabelecidas por Mendel em seu cruzamento de duas características com segregação independente.

Interações gênicas

Crista de galinha do tipo rosa. Science VU/T. Somes/Visuals Unlimited, Inc./Glow Images

Essas galinhas possuem quatro tipos de crista: rosa, ervilha, noz e simples. Bateson e Punnett descobriram que o tipo de crista é determinado pelos genes R e E, que possuem dois alelos cada um. Um alelo dominante do gene R somente define a crista tipo rosa se os dois alelos do gene E forem recessivos. Assim, RRee ou Rree são os possíveis genótipos de galinhas que possuem crista rosa. Já a presença de apenas um alelo dominante do gene E define a crista de galinha tipo ervilha, desde que os dois alelos do gene R sejam recessivos. Dessa maneira, rrEE ou rrEe são os genótipos para crista ervilha.

Science VU/T. Somes/Visuals Unlimited, Inc./Glow Images

No ano de 1905, o biólogo inglês Willian Bateson (1861-1926), juntamente com Reginald Punnett, obteve as primeiras evidências de que uma caraterística poderia ser influenciada por mais de um gene, a partir da análise da herança de características de diferentes espécies, como as galinhas domésticas.

Se uma galinha homozigota para crista rosa cruzasse com uma galinha homozigota para crista ervilha, surgiriam na F1 somente descendentes de crista do tipo noz, diferente dos parentais. Dessa maneira, percebe-se que o genótipo para noz precisa ter ao menos um alelo dominante de cada gene. Observe no esquema a seguir.

X

rrEE crista do tipo ervilha

RRee crista do tipo rosa

rE

Re

Crista de galinha do tipo noz. Gerard Lacz/Visuals Unlimited, Inc./Glow Images

tipo de gameta produzido

Science VU/T. Somes/Visuals Unlimited, Inc./Glow Images

Ilustrações: Somma Studio

Crista de galinha do tipo ervilha.

geração F 1 RrEe crista do tipo noz

Crista de galinha do tipo simples.

Genética

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49

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Ao realizar o cruzamento entre duas galinhas da geração F1 (crista tipo noz), mostradas na página anterior, surgirão os quatro fenótipos relacionados ao tipo de crista de galinha. Observe esse cruzamento a seguir. RrEe

RE

Re

rE

re

RE

RREE

RREe

RrEE

RrEe

Re

RREe

RRee

RrEe

Rree

rE

RrEE

RrEe

rrEE

rrEe

re

RrEe

Rree

rrEe

rree

RrEe

noz rosa ervilha simples

O quadro a seguir apresenta a relação entre os genótipos e os fenótipos e também a proporção fenotípica para este cruzamento. Crista do tipo noz

Crista do tipo rosa

Crista do tipo ervilha

Crista do tipo simples

Proporção fenotípica

9 16

3 16

3 16

1 16

Genótipos

RREE, RREe, RrEE, RrEe, RREe, RrEe, RrEE, RrEe e RrEe

RRee, Rree e Rree

rrEE, rrEe e rrEe

rree

Ilustrações: Somma Studio

Fenótipos

amphaiwan/ Shutterstock.com

Perceba que a proporção 9 : 3 : 3 : 1 foi mantida, indicando que nenhum gene se sobrepôs ao outro. Essa não sobreposição entre os genes determina uma interação não epistática.

Epistasia

Pino Magliani/ Shutterstock.com

Abóbora branca.

Bildagentur Zoonar GmbH/Shutterstock.com

Abóbora amarela.

Abóbora verde.

Quando uma característica é influenciada por dois ou mais genes, e um alelo de um destes genes se sobrepõe sobre os outros, ou seja, realiza uma dominância em relação aos outros, consideramos esse alelo como epistático, que realiza uma relação de epistasia. Existem diversos exemplos relacionados à epistasia: o primeiro a ser observado é a ação epistática de um alelo dominante, situação chamada epistasia dominante. A cor da casca de abóboras é definida pela ação dos genes C e G. Plantas que possuem o alelo dominante C (CC ou Cc) produzem frutos brancos, enquanto plantas homozigotas recessivas para esse gene (cc) produzem frutos coloridos. Se uma planta possuir o alelo dominante G (GG ou Gg), seu fruto será amarelo; e, caso possua alelos homozigotos recessivos (gg), o fruto será verde. Do cruzamento entre uma aboboreira que produza frutos brancos, homozigota para essa característica e homozigota recessiva para o gene G, e uma aboboreira que produza frutos amarelos, também homozigota, obtém-se a F1 somente de aboboreiras que produzem frutos amarelos. Ao realizar a autofecundação dessa geração, obtêm-se a F 2 com as proporções a seguir.

50

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F1

CcGg

CcGg

X

ccGG

CcGg

X

CcGg

CG

Cg

cG

Unidade 1

CCgg

autofecundação

cg

CG CCGG

CCGg

CcGG

CcGg

CCGg

CCgg

CcGg

Ccgg

CcGG

CcGg

ccGG

ccGg

CcGg

Ccgg

ccGg

ccgg

Cg F2

cg

Ilustrações: Somma Studio

cG

Observe que, nesse caso, a presença de um único alelo dominante C determina a 12 cor branca, formando uma proporção fenotípica de . Os alelos recessivos desse 16 gene (cc) determinam a coloração, neste caso amarela, devido à presença de um úni3 co alelo dominante G, obtendo a proporção fenotípica de . Para determinação da 16 cor do fruto verde, é preciso que tanto o gene para a presença de cor quanto o gene para cor amarela estejam em homozigose recessiva, culminando em uma proporção 1 de . Essa proporção fenotípica, 12 : 3 : 1, é característica da epistasia dominante. 16 Esses resultados podem ser explicados pela síntese de produção do pigmento verde, que é realizada em duas etapas: a primeira é referente à conversão de um precursor incolor em um pigmento amarelo; e a segunda, à conversão desse pigmento amarelo em pigmento verde. Observe no esquema a seguir. Se a planta possuir ao menos um alelo dominante C, não ocorre a conversão do precursor incolor em pigmento amarelo, e a etapa de síntese do pigmento verde é encerrada, gerando um fruto branco.

Precursor incolor

Se a planta possuir os alelos recessivos para cor (cc) e ao menos um alelo dominante G, o precursor incolor é convertido em pigmento amarelo, mas não é convertido em verde; a síntese, portanto, é interrompida nesse ponto.

Se a planta possuir os alelos recessivos para cor (cc) e para cor verde (gg), a via de síntese se completa; o pigmento amarelo é convertido em pigmento verde.

Pigmento amarelo

Pigmento verde

Outro caso de epistasia é a chamada epistasia recessiva. Um exemplo dela pode ser observado na cor da pelagem de camundongos. Diferentemente da dominante, em que somente uma dose do alelo é necessária para determinar o genótipo, na epistasia recessiva, é necessário que os alelos atuem juntos, ou seja, que dois alelos recessivos sejam epistáticos sobre os outros. Genética

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A cor da pelagem dos camundongos pode ser aguti (ou selvagem), preta ou albina. Esse padrão de pelagem é condicionado por dois genes, que segregam seus alelos de maneira independente. Um dos genes é responsável pela cor dos pelos. Seu alelo dominante A determina a presença da pelagem aguti, e seu alelo recessivo a, da pelagem preta. No outro gene, o alelo dominante P permite a manifestação da cor, enquanto o seu recessivo p a inibe, desde que esteja em homozigose (pp). Dessa maneira, camundongos que apresentem esse par de alelos serão albinos.

Ilustrações: Studio Caparroz

*Verifique se os alunos percebem que a proporção fenotípica da F2, do cruzamento entre camundongos parentais homozigotos de pelagem aguti e albina, será a mesma que a observada desse cruzamento. aapp AAPP AaPp AaPp (F1).

Camundongo de pelagem aguti.

Camundongo de pelagem albina.

Camundongo de pelagem preta.

Ao cruzar um camundongo de pelagem preta, duplo homozigoto (aaPP), e um camundongo albino também duplo homozigoto (AApp), obtém-se a geração F1 heterozigota AaPp. Após o cruzamento de indivíduos da F1, obtém-se a seguinte proporção fenotípica na geração F2*, apresentada no quadro a seguir. aaPP x AApp 1. Quais são os possíveis genótipos de um camundongo de pelagem preta? E de pelagem albina? Pelagem preta: aaPP e aaPp. Pelagem albina: AApp, Aapp e aapp.

AaPp x AaPp

AaPp AaPp

AP

Ap

aP

ap

AP

AAPP

AAPp

AaPP

AAPp

Ap

AAPp

AApp

AaPp

AApp

albina

aP

AaPP

AaPp

aaPP

aaPp

preta

ap

AaPp

Aapp

aaPp

aapp

aguti

F2

A proporção fenotípica obtida para a pelagem é de 9 : 3 : 4 (9 agutis, 3 pretas e 4 albinas), característica de uma epistasia recessiva. Esse resultado pode ser explicado pela ação dos genes em uma via metabólica que produz a cor da pelagem preta. Observe a seguir. Se o alelo p ocorrer duplamente, a enzima que converte o precursor em pigmento amarelo não será expressa, e a pelagem será branca ou albina. Se existir a presença de pelo menos um alelo dominante P, esse precursor será convertido conforme a cor determinada pelos alelos do outro gene.

Na presença simultânea de ao menos um alelo P e um alelo A, ocorre a expressão da enzima funcional capaz de converter o precursor incolor. Ao mesmo tempo, não ocorrerá a expressão da enzima que converte o pigmento amarelo em preto, e a pelagem será amarelada (aguti).

Precursor incolor

Pigmento amarelo (aguti)

Se o alelo recessivo a aparecer duplamente e houver pelo menos um alelo P, todas as enzimas que fazem parte da via metabólica que sintetiza o pigmento preto serão expressas, e a pelagem será preta.

Pigmento preto

Pelos exemplos apresentados, é possível perceber que os genes envolvidos em casos de epistasia controlam a síntese de enzimas envolvidas nas diferentes etapas de uma mesma via metabólica. Nesses casos, a proporção clássica da segregação independente descrita por Mendel (9 : 3 : 3 : 1) não é observada.

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Unidade 1

Biologia e Saúde Interação entre genes na via metabólica da fenilalanina Algumas vias metabólicas produzem diferentes produtos, com finalidades bem distintas no corpo humano. Por exemplo, a via metabólica da fenilalanina, um aminoácido essencial não produzido pelo ser humano, é utilizada para a formação de outro aminoácido não essencial, a tirosina. A partir da formação da tirosina, ocorre a formação da melanina, um pigmento escuro produzido pela pele, e do hormônio tiroxina, relacionado ao metabolismo.

*Veja mais informações sobre o assunto nas Orientações para o professor.

Essa via metabólica é formada pela interação de diversas enzimas, codificadas a partir de diversos genes. Se algum desses genes sofrer alteração, um ou mais produtos dessa via poderão ser afetados e então poderão desenvolver algumas condições genéticas. Isso dependerá de onde e como essas alterações ocorrem. Observe a seguir parte da via metabólica da fenilalanina.

Parte da via metabólica da fenilalanina e doenças associadas* 1

Se houver um bloqueio na atuação da enzima A, a conversão da fenilalanina em tirosina será afetada, resultando no acúmulo de fenilalanina no fígado. Esse aminoácido será sintetizado em ácido fenilpirúvico e levado pela corrente sanguínea do fígado até o cérebro. A presença desse ácido no cérebro afeta o desenvolvimento do sistema nervoso dos bebês. Essa alteração do metabolismo é chamada de fenilcetonúria, ou PKU.

2

Nessa mesma via metabólica, uma deficiência na enzima B interrompe a produção da melanina a partir da tirosina. Assim, o indivíduo tem o albinismo, condição genética caracterizada pela ausência de pigmentação na pele e na íris. Indivíduos que tenham um bloqueio na produção da enzima A também podem produzir menor quantidade de melanina e ter a pele e o cabelo claros.

3

A deficiência na produção da enzima C impede a síntese da tirosina para a formação do hormônio tiroxina, que age sobre a glândula tireoide. A baixa produção de hormônios por esse órgão durante o desenvolvimento do recém-nascido impede o desenvolvimento do cérebro, causando nanismo e deficiência mental em um quadro clínico conhecido como cretinismo.

4

Outra falha que pode ocorrer nessa mesma via metabólica da fenilalanina e da tirosina resulta na alcaptonúria. A deficiência da atividade da enzima D leva ao bloqueio da conversão do ácido homogentísico em ácido maleilacetoacético. Esse bloqueio gera o acúmulo de ácido homogentísico no sangue e na urina. Assim, o indivíduo com alcaptonúria apresenta urina de cor escura, pigmentação escura no tecido conjuntivo e problemas nas articulações.

Proteína da dieta

Fenilalanina enzima A

enzima B

Melanina

Tirosina

2

Ácido fenilpirúvico

1

enzima C

3

Tiroxina

Ácido homogentísico

Guilherme Casagrandi

4

enzima D

Ácido maleilacetoacético

Outros produtos Ilustração produzida com base em: GRIFFITHS, J. F. Anthony et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 198.

A fenilcetonúria, o albinismo, o cretinismo e a alcaptonúria são condições genéticas, de herança autossômica recessiva. Para identificação da fenilcetonúria, é realizado no recém-nascido o teste do pezinho. Os sintomas da PKU podem ser evitados com redução de proteínas na dieta, que são a fonte da fenilalanina, ou com redução no consumo de alimentos industrializados que possuam fenilalanina em sua composição.** **Existem leis que obrigam os fabricantes a indicar essa informação.

Genética

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Pleiotropia Diferença da interação gênica na epistasia e na pleiotropia Epistasia

Pleiotropia

Gene X Gene Y Gene Z

Característica I Característica II Característica III

Na pleiotropia, um gene é responsável pela expressão de mais de uma característica. Um exemplo de pleiotropia pode ser observado em cebolas. O gene que condiciona a cor da casca da cebola é o mesmo que condiciona a resistência desse vegetal a fungos. O alelo dominante V condiciona casca de cor branca, e seu alelo recessivo v, casca de cor vermelha.

Assim, VV e Vv são genótipos de cebolas de casca branca, e vv, o genótipo de cebolas de casca vermelha. Ao mesmo tempo, o alelo v, em duplicidade, confere resistência aos fungos, e seu alelo V confere a falta dessa resistência, como mostra o quadro abaixo. Genótipos

Fenótipos

• • • casca de cor vermelha • apresenta resistência a fungos

casca de cor branca não apresenta resistência a fungos

VV ou Vv

Cebola com casca branca.

Tim UR/ Shutterstock.com

Kostiantyn Fastov/ Shutterstock.com

vv

Cebola com casca vermelha.

A cor dos olhos em seres humanos A cor dos olhos dos seres humanos é condicionada por diversos genes, sendo um exemplo de interação gênica. Leia sobre isso no trecho do texto a seguir.

Um arco-íris em você [...]

Íris de cor azul. Andrey Armyagov/Shutterstock.com

O primeiro dos genes envolvidos com a coloração da íris, conhecido como Bey2 (do inglês brown eye – olho castanho) ou EYCL3 (do inglês eye color – cor do olho), situa-se no cromossomo 15 e possui dois alelos: um castanho e outro azul. Cada um deles gera respectivamente uma coloração castanha (alta quantidade de melanina) ou azul (baixa quantidade de melanina) na íris de seus portadores.

Tatiana Makotra/Shutterstock.com

A cor dos olhos é [...] controlada por genes denominados modificadores, pois os alelos de vários genes influem na coloração final dos olhos. Isso ocorre por meio da produção de proteínas que dirigem a proporção de melanina depositada na íris. Outros genes produzem manchas, raios, anéis e padrões de difusão dos pigmentos. [...]

Porém, a coloração dos olhos de uma pessoa não é definida de forma tão simples assim: outros dois genes, conhecidos como Gey (do inglês green eye – olho verde) ou EYCL1 e Bey1 (ou EYCL2), estão também envolvidos no processo. [...] O conhecimento atual, entretanto, não explica a existência de olhos de outras cores ou de gradações diferentes. Também não esclarece como a cor dos olhos muda com o decorrer do tempo. [...] BORGES, Jerry C. Um arco-íris em você. Ciência Hoje, 6 jun. 2007. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/por-dentrodas-celulas/um-arco-iris-em-voce>. Acesso em: 22 abr. 2016.

Íris de cor castanha.

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Os tipos de herança que estudamos até agora estão relacionados a características que não variam continuamente. Por exemplo, a cor da semente da ervilha, estudada por Mendel, pode ser verde ou amarela, e as flores, brancas ou rosas. Até mesmo a cor da pelagem de camundongos, que apresenta mais de duas variações, não possui variações gradativas.

Unidade 1

Herança quantitativa Variação da massa* dos alunos de uma sala de aula 14 12

Número de alunos

10

O estudo da herança quantitativa está relacionado a características que variam gradualmente, ou seja, possuem variações sutis entre elas. Por exemplo, a coloração de algumas sementes, a quantidade de leite produzido por uma vaca, a cor da pele, a altura, a massa e a cor dos olhos dos seres humanos são características que variam gradualmente e são chamadas características quantitativas. Observe um exemplo dessa variação no gráfico ao lado.

8 6 4

0

45

50

55

60

65

70

Rafael Luís Gaion

2 75

Massa (em kg)

Essa sutileza na variação está condicionada ao resultado da ação cumulativa de muitos genes sobre determinada característica. Isso significa que cada alelo de um dos genes que condicionam determinada característica contribui um pouco para a expressão de seu fenótipo.

Além disso, na herança quantitativa pode existir o efeito do ambiente na expressão dos fenótipos, o que contribui ainda mais para essa variação. Por exemplo, a variação da massa de sementes de determinado vegetal pode ocorrer por meio de sua constituição genética, mas fatores ambientais como a umidade, a disponibilidade de gás nitrogênio, a intensidade luminosa, entre outros, contribuem para a variação observada. O botânico sueco Herman Nilsson-Ehle (1873-1949) realizou um dos primeiros estudos sobre uma característica relacionada à herança quantitativa genética. Trabalhando com a coloração de sementes de trigo, ele percebeu que três genes condicionavam a cor dessas sementes, que variavam de brancas até vermelho-escuro. Nilsson-Ehle identificou que um dos alelos de cada gene condicionava a cor, enquanto o outro alelo condicionava a cor branca. Além disso, percebeu que esses alelos eram semidominantes entre si e que cada alelo condicionante para a cor vermelha colaborava com sua expressão. Quanto mais alelos para a cor a semente possuía, mais forte era sua cor. A partir dessas observações, Herman concluiu que a cor vermelho-escura era condicionada pelos alelos AABBCC, a cor branca, pelos alelos aabbcc, e a cor vermelho-intermediária de uma geração F1 produzida no cruzamento entre esses parentais era AaBbCc.

Fonte: Dados fictícios.

*A massa também possui grande influência de fatores ambientais, tais como o estilo de vida da pessoa.

A semidominância entre alelos indica que o produto condicionado por ambos tem um fenótipo intermediário. Por exemplo, a expressão de um alelo para cor vermelha e outro para cor branca definirá que o fenótipo seja rosa.

Ao realizar a autofecundação dessa F1, Herman obteve uma F2 cuja proporção fenotípica tinha sete classes distintas de cores, variando do branco ao vermelho-escuro. O quadro abaixo apresenta os genótipos e fenótipos obtidos na F2. São 28 genótipos diferentes, que formaram sete padrões de cor para semente de trigo, na proporção fenotípica de 1 : 6 : 15 : 20 : 15 : 6 : 1. alelos contribuintes Quantidade de alelos

6

cor da semente de trigo 5

4

3

2

1

0

Cor expressa

Abaixo de cada genótipo está a quantidade de alelos que contribuem para a expressão da cor. Quanto maior é a quantidade de alelos contribuintes, mais próxima a cor se torna da parental vermelho-escura, como mostra o quadro a seguir. Genética

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55

6/10/16 17:01


AaBbCc

ABC

AbC

ABc

Abc

aBC

abC

aBc

abc

AABBCC

AABbCC

AABBCc

AABbCc

AaBBCC

AaBbCC

AaBBCc

AaBbCc

6

5

5

4

5

4

4

3

AABbCC

AAbbCC

AABbCc

AAbbCc

AaBbCC

AabbCC

AaBbCc

AabbCc

5

4

4

3

4

3

3

2

AABBCc

AABbCc

AABBcc

AABbcc

AaBBCc

AaBbCc

AaBBcc

AaBbcc

5

4

4

3

4

3

3

2

AABbCc

AAbbCc

AABbcc

AAbbcc

AaBbCc

AabbCc

AaBbcc

Aabbcc

4

3

3

2

3

2

2

1

AaBBCC

AaBbCC

AaBBCc

AaBbCc

aaBBCC

aaBbCC

aaBBCc

aaBbCc

5

4

4

3

4

3

3

2

AaBbCC

AabbCC

AaBbCc

AabbCc

aaBbCC

aabbCC

aaBbCc

aabbCc

AaBbCc ABC AbC ABc Abc aBC abC aBc

4

3

3

2

3

2

2

1

AaBBCc

AaBbCc

AaBBcc

AaBbcc

aaBBCc

aaBbCc

aaBBcc

aaBbcc

abc

4

3

3

2

3

2

2

1

AaBbCc

AabbCc

AaBbcc

Aabbcc

aaBbCc

aabbCc

aaBbcc

aabbcc

3

2

2

1

2

1

1

0

Herança da cor das sementes de trigo

Com base nos resultados obtidos, é possível construir um gráfico sobre a distribuição das características estudadas em uma população. Veja, ao lado, o gráfico para a cor das sementes.

25

Rafael Luís Gaion

Número de indivíduos

20 15 10 5 0

6

5 4 3 2 1 Número de alelos para pigmentação

Fonte: SNUSTAD, D. Peter; SIMMONS, Michael J. Fundamentos de Genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 743.

0

Outro exemplo está relacionado à cor da pele do ser humano. Durante muito tempo, acreditava-se que essa característica era condicionada por um par de genes cujos alelos dominantes condicionavam maior produção de melanina, enquanto os alelos recessivos expressavam uma quantidade baixa desse pigmento. Contudo, não existem alelos que não produzam melanina, pois a ausência da produção desse pigmento determina a condição de albinismo.

Dessa maneira, o genótipo AABB produziria o máximo de melanina, e a pele seria considerada negra; já indivíduos com genótipo aabb teriam a mínima produção de melanina, e seu fenótipo seria de pele branca. Com base nesse raciocínio, existiriam somente cinco diferentes fenótipos para a cor da pele humana, como mostra o quadro abaixo. P

F1

AABB

AaBb

aabb

AaBb

F2 Genótipo

Fenótipo

AABB

Cor negra

AaBB, AABb

Cor mulato escura

AaBb, AAbb, aaBB

Cor mulato média

Aabb, aaBb

Cor mulato clara

aabb

Cor branca

Atualmente, estudos apontam que a cor da pele dos seres humanos é condicionada por mais de dois genes. Esse fato ajuda a explicar a grande variedade de cores de pele, que é maior do que cinco fenótipos. Além disso, fatores ambientais, como a exposição ao Sol, influenciam essa variação.

56

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Unidade 1

Biologia e Sociedade

Qual é a sua cor?

Os seres humanos apresentam uma grande diversidade quanto à cor da pele. Essa diversidade está diretamente associada à interação entre os fatores genéticos e ambientais, tais como a exposição aos raios ultravioleta do Sol. No Brasil, a diversidade de cor da pele da população evidencia a intensa miscigenação entre descendentes de ameríndios, africanos e europeus, sendo estes últimos os povos com maior procedência migratória ao longo da história do país. A diversidade dos tons de pele já deixou muitas pessoas em dúvida sobre qual seria sua verdadeira “cor”. Um exemplo foi observado em uma pesquisa realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) no ano de 1976. Um dos questionamentos se referia à cor da pele da pessoa. Nas respostas foram detectados mais de 135 termos diferentes para definir a cor da pele, tais como morena-bronzeada, mista, polaca, galega, castanha-clara, castanha-escura, entre outros. Veja os termos mais citados na tabela ao lado. Desde 1991, o IBGE adota cinco categorias de cor em que a população brasileira pode se enquadrar, entre elas, branca, preta, amarela (indivíduos que declaram ser de origem asiática), parda (indivíduos que se declaram mestiços de qualquer tipo, resultante da miscigenação das outras categorias) ou indígena. No entanto, as categorias adotadas pelo IBGE não são baseadas apenas nos fenótipos resultantes da herança quantitativa, mas também nas questões étnico-raciais.* Veja, na tabela ao lado, como os brasileiros autodeclararam a sua cor no último censo rea­lizado no Brasil. 2. Se você fosse questionado sobre a sua cor e não precisasse se enquadrar nas cinco categorias do IBGE, qual seria a sua resposta? E se fosse dentro dessas categorias? Resposta pessoal.

Distribuição da população brasileira por cor, censo de 1976 Cor da pele

Porcentagem (%)

Branca

41,91

Clara

2,49

Morena-clara

2,79

Morena

34,42

Parda

7,55

Preta

4,43

Fonte: WOOD, C. H.; CARVALHO, J. A. M. Categorias do censo e classificação subjetiva de cor no Brasil. Revista Brasileira de Estudos de População, Campinas, v. 11, n. 1. 1994. p. 3-17.

População brasileira, censo 2010 Cor

Porcentagem (%)

Branca

47,7%

Preta

7,6%

Amarela

1,09%

Parda

43,1%

Indígena

0,42%

Fonte: IBGE. Censo Demográfico 2010. Disponível em: <www.ibge.gov.br/english/estatistica/populacao/censo2010/ caracteristicas_da_populacao/tabelas_pdf/tab3.pdf>. Acesso em: 5 maio 2016.

Luis Louro/Shutterstock.com

*Apesar de o IBGE classificar a população brasileira em cinco raças, esse conceito é inadequado do ponto de vista biológico, pois a espécie humana não é subdivida em raças. Aproveite essa seção para conversar com os alunos sobre o assunto. Veja mais informações nas Orientações para o professor.

Genética

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57

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Ligação gênica Para iniciar esse assunto, vamos retomar alguns conceitos sobre a segunda lei de Mendel. A proposta de Mendel para duas características era de que os genes se segregavam independentemente, formando todos os tipos de combinações possíveis de gametas. Assim, a frequência fenotípica esperada a partir de um cruzamento diíbrido seria de 9 : 3 : 3 : 1 na geração F2. A base biológica para esse padrão de distribuição observado por Mendel é a distribuição ao acaso dos cromossomos homólogos durante a meiose. Os alelos dos genes que afetam características diferentes, portanto, são herdados de maneira independente, pois estão localizados em cromossomos distintos. Mas e quando dois genes para características distintas estiverem presentes no mesmo cromossomo? Como se comportariam seus alelos durante a meiose?

Ilustrações produzidas com base em: STORER, T. I. et al. Zoologia geral. 6. ed. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2000. p. 178,192

Graças à grande diferença entre o número de genes e de cromossomos de um ser vivo – o ser humano, por exemplo, possui aproximadamente 25 000 genes distribuídos em 23 cromossomos –, torna-se natural que características diferentes sejam condicionadas por genes diferentes presentes em um mesmo cromossomo. Para iniciar o estudo, vamos utilizar como exemplo as características cor dos olhos e formato da asa da mosca Drosophila melanogaster. Os genes que condicionam essas características estão no mesmo cromossomo, ou seja, estão ligados. O olho normal, de cor avermelhada, é condicionado pelo alelo dominante P, e seu alelo recessivo p condiciona a cor do olho púrpura. Já a asa normal é condicionada pelo gene dominante V e a asa vestigial, pelo seu alelo recessivo v. O cruzamento entre parentais homozigotos para essas características gera uma F1 heterozigota.

Ilustrações: A7 Estudio

Drosophila de olhos avermelhados e asas normais.

O esperado seria uma F2 na proporção de 9 : 3 : 3 : 1, mas, como esses genes estão ligados, essa proporção é diferente. Drosophila de olhos púrpura e asas vestigiais.

Observe, no esquema a seguir, a formação dos gametas ligados referente a essas duas características.

Formação de gametas para duas características gametas do indivíduo F1

P

p

V

v

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

PPVV P

P

P

V

V

V

P

p

p

p

V

v

v

v

ppvv

P

P

P

P

p

p

V

V

V

V

V

v

v

p

p

P

p

p

p

v

v

V

v

v

v

PpVv

gametas parentais

*Verifique se os alunos percebem que houve a expressão somente de fenótipos parentais.

P

F1 autocruzamento

gametas F1

Nesse caso, a proporção fenotípica para duas características é de 3 : 1 (3 olhos avermelhados e asas normais – 1 olhos púrpura e asas vestigiais).

Observe que a proporção fenotípica não foi a descrita por Mendel em sua segunda lei.* Isso ocorre porque a posição em que os genes se encontram nos cromossomos é diferente, influenciando a formação dos gametas. Observe, no esquema da próxima página, a comparação da formação de gametas entre genes ligados e genes que segregam independentemente.

58

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6/13/16 5:43 PM


Formação de gametas de genes ligados

Unidade 1

Comparação entre a meiose de genes ligados e a de genes independentes Formação de gametas de genes independentes

A

A

B

A

b

A

A A

B

A

A a

a

B B

A

a

A

A a

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

B

A

a

a B

b

OU B

b

B

B b

B

b

a a

a

b

b

a

B

a

b

B b

b

b

a

b

Thomas Morgan e as moscas

American Philosophical Society/SPL/Latinstock

Mosca Drosophila melanogaster. Studiotouch/Shutterstock.com

O geneticista estadunidense Thomas Hunt Morgan (18661945) realizou diversos estudos sobre a organização dos genes em um cromossomo. Por meio de seu trabalho com a mosca Drosophila melanogaster, Morgan identificou que diversos genes que condicionavam diferentes características estavam presentes em um mesmo cromossomo. Diversas características tornam a Drosophila uma ótima opção para os estudos em Genética, tais como: reduzida exigência para realizar seu ciclo de vida – geralmente um frasco pequeno de vidro com um pouco de banana amassada em seu interior é o suficiente; curto ciclo de vida, de aproximadamente dez dias; e numerosa descendência. Essas características permitem analisar a herança genética entre gerações de maneira rápida e eficiente. Thomas Morgan realizava seus trabalhos com essas moscas em um local na Universidade de Columbia, na cidade de Nova York, chamado Sala das moscas. Por suas contribuições na Genética, entre elas a construção do primeiro mapa cromossômico, Morgan recebeu o prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1933.

A descoberta das primeiras evidências sobre ligação gênica ocorreu em 1906 por Bateson e Punnett. Essas evidências são provenientes de experimentos realizados com ervilhas. Eles trabalharam com duas características de ervilhas ao mesmo tempo: cor da flor e formato do grão de pólen. A cor vermelha das flores e o formato longo dos grãos de pólen são características condicionadas pelos alelos dominantes P e L, enquanto as características de coloração de flor branca e pólen pequeno eram condicionadas por seus alelos recessivos. Ao cruzar plantas de ervilhas puras para as características flor vermelha e pólen longo (PPLL) com plantas de ervilhas de flores brancas e de pólen pequeno (ppll), todas as plantas da F1 foram de ervilhas com flores vermelhas e pólen longo heterozigotas (PpLl).

EEO/Shutterstock.com

Thomas Morgan trabalhando na Sala das moscas, em 1920.

Ser vivo adulto Drosophila melanogaster: aproximadamente 3 mm de comprimento.

Genética

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59

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Ao realizar a autofecundação da F1, Bateson e Punnett obtiveram os resultados mostrados no quadro a seguir. Total de plantas com flores vermelhas e grãos de pólen longos 803

Proporção fenotípica obtida

583

26

24

170

Proporção fenotípica esperada (aproximada para 9 : 3 : 3 : 1)

451

150

150

50

Ilustrações: Somma Studio

Total de plantas obtidas na F2

Total de plantas com Total de plantas com Total de plantas com flores vermelhas e grãos flores brancas e grãos flores brancas e grãos de pólen pequenos de pólen longos de pólen pequenos

Fonte: SNUSTAD, D. Peter; SIMMONS, Michael J. Fundamentos de Genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 136.

Bateson e Punnett buscaram explicações para esses resultados, mas não obtiveram sucesso. Essas explicações vieram com as descobertas de Thomas Morgan sobre a posição dos genes nos cromossomos. Nos resultados obtidos por Bateson e Punnett, os alelos P e L estavam localizados no mesmo cromossomo, e consequentemente seus alelos p e l no cromossomo homólogo. Assim, na geração F2, existia uma proporção grande de plantas vermelhas com grãos de pólen longos, e plantas com flores brancas e grãos de pólen pequenos, similares aos parentais. Agora perceba que não surgiram somente plantas com características parentais. Embora em baixa frequência, surgiram plantas que apresentavam características híbridas – flores vermelhas com grãos de pólen pequenos e flores brancas com grãos de pólen longos. Como explicar esse fato? A resposta está na permutação entre os cromossomos, como veremos a seguir.

Ligação gênica e permutação A permutação, recombinação gênica ou crossing-over, é um evento que ocorre naturalmente durante a meiose. Observe no esquema abaixo.

Prófase I da meiose 1

Durante a fase de zigóteno da prófase I da meiose I, os cromossomos homólogos com suas cromátides já duplicadas se pareiam.

2

Na fase de paquíteno, ocorre a permutação entre duas cromátides de cromossomos homólogos.

3

Após a permutação, serão formados gametas parentais I e III e gametas recombinantes II e IV.

P

I P

P

L

l

L P

II Pp

p

P

Pp

p

P

Pp

p

L

Ll

l

L

L l

l

L

lL

l

1

l p

p

p

L

l

III l

2

p

permutação

IV L

Guilherme Casagrandi

P

3

60

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Unidade 1

Ao fim da meiose, para cada evento de permutação, são formados dois gametas recombinantes, resultantes da recombinação entre partes das cromátides, e dois gametas idênticos aos parentais, denominados gametas parentais. Por ser um evento aleatório, a permutação pode ocorrer entre os genes para determinadas características, mas também pode não ocorrer. Por exemplo, se a permutação ocorrer acima ou abaixo da localização desses genes, eles não serão afetados. Independentemente da ocorrência da recombinação gênica, os gametas parentais sempre serão formados em maior proporção do que os gametas recombinantes.

Frequência de permutação Conforme visto, a proporção fenotípica da F2 para o cruzamento da página anterior mostra uma baixa frequência de indivíduos formados por gametas que sofreram recombinação gênica (Pl e pL). Isso indica que o gene para cor das flores de ervilha e o gene para o tamanho do grão de pólen estão ligados entre si. Mas qual seria a intensidade dessa ligação? Para medir a intensidade de uma ligação gênica, utiliza-se a frequência de permutação – se são fortes e raramente se combinam ou fracas e frequentemente se combinam. Essa frequência pode ser medida a partir do cruzamento teste do indivíduo a ser analisado. Observe a análise de um cruzamento teste obtido a partir de um indivíduo heterozigoto da F1 a seguir.

Ilustração baseada em: SNUSTAD, D. Peter; SIMMONS, Michael J. Fundamentos da Genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 137.

flor branca e pólen pequeno

P

p

p

p

L

l

l

l

P

p

P

p

p

p

p

p

L

l

l

l

L

l

l

l

flor vermelha e pólen longo 450

flor vermelha e pólen pequeno 42

flor branca e pólen longo 38

Guilherme Casagrandi

flor vermelha e pólen longo

flor branca e pólen pequeno 470

Uma frequência de 50% de recombinantes equivale a 100% das meioses com recombinação gênica, pois os outros 50% são parentais. Genes muito distantes se comportam como se sofressem segregação independente.

80 recombinantes 420 parentais 80 = 0,08 ou 8%. Frequência de recombinantes = 1 000

Esse cruzamento parental mostra que, de 1 000 descendentes, 920 se assemelham aos parentais e somente 80 são recombinantes. Assim a frequência de recombinantes na F1 é de 0,08, ou 8%. Quanto mais próximo a zero, menor é a frequência de recombinação e, consequentemente, maior é a proximidade entre os genes, como nesse caso. Quanto mais próximo a 50%, maior é a frequência dessas recombinações e maior é a distância entre os genes analisados.

Mapeamento genético O conhecimento da posição dos genes é de grande importância para os geneticistas. Por meio desse conhecimento e com o auxílio da Engenharia Genética, é possível selecionar genótipos de interesse cujos fenótipos podem ser utilizados para diversos fins, como produção de alimentos ou medicamentos. Além disso, a posição de um gene pode ajudar a indicar sua estrutura e função, bem como auxiliar os cientistas a descrever os mecanismos responsáveis pelas diferenças encontradas entre as espécies. Genética

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Vimos que a frequência de permutação é um parâmetro para estimar a distância entre dois genes ligados. Essa frequência e a consequente intensidade da ligação gênica estão relacionadas diretamente à posição dos genes no cromossomo, o que auxilia construções de mapas genéticos.

maior probabilidade de permutação cromátide

Enquanto Morgan realizava seus estudos sobre os genes, o também geneticista estadunidense Alfred H. Sturtevant (1881-1970), seu aluno na época, percebeu que a quantidade de permutações (ou crossing-over) que existiam entre dois genes era o número médio da distância entre eles.

A

Isso levou à compreensão de que a distância em que dois genes se encontram no mesmo cromossomo é proporcional à sua frequência de permutação. Quanto maior a distância entre eles, maior é a probabilidade de permutação, por causa da maior probabilidade de quebras que pode existir na cromátide. B

Observe o exemplo ao lado. A probabilidade de ocorrer uma permutação entre os genes A e C é maior do que entre os genes B e C.

C

Com base na análise que realizou dos estudos de Morgan, Sturtevant definiu que a distância entre os genes poderia ser medida por unidade de mapa (UM), eventualmente chamada de centiMorgan (cM) em homenagem a Thomas Morgan. Essa unidade é a medida da frequência de permutação, na qual 1% da frequência de permutação equivale a 1 unidade de mapa (UM) ou centiMorgan (cM). No exemplo da página anterior, a frequência de permutação entre os genes da cor vermelha da flor de ervilha e do grão de pólen foi de 8%, indicando que a distância entre esses genes é de 8 UM.

Cromossomo. menor probabilidade de permutação

Agora considere que durante o estudo da ligação entre os genes A e B, mostrados na ilustração acima, foram obtidos 100 gametas. Desses, 7 sofreram recombinação, indicando que houve uma frequência de recombinação de 7%. Isso significa que a distância entre esses genes é de 7 UM. Considerando que a distância entre os genes B e C é de 2 UM, qual seria a distância entre os genes A e C? Nesse caso, basta somar as distâncias entre A e B (9 UM) e B e C (2 UM), para obter o resultado. Assim, a distância entre os genes A e C é de 9 UM. Agora considere que outro gene, chamado D, tenha a distância de 3 UM do gene A. Qual seria a distância entre esse gene e os genes B e C? Nesse caso, existem duas respostas a serem consideradas. Veja no esquema a seguir. Se o gene D estiver posicionado depois do gene A no cromossomo:

Se o gene D estiver posicionado antes do gene A no cromossomo: 9

D

A

4

B

3

2 10

A

D

B

3

C 2

7 12

Nesse caso, a distância entre os genes D e B seria de 10 UM, e entre D e C seria de 12 UM.

3. Como os genes B e C são mais próximos entre si, as características corpo amarelo e presença de antenas teriam menor frequência de recombinação gênica.

C

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

6

7

9 Nesse caso, a distância entre os genes D e B seria de 4 UM, e entre D e C seria de 6 UM.

3. Considere que os alelos dos genes A, B, C e D condicionem, respectivamente, olho branco, corpo amarelo, presença de antenas e pernas longas em determinado inseto. Que características apresentariam menos recombinação gênica?

62

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Unidade 1

Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Qual é a principal diferença entre a interação gênica epistática e a pleiotrópica? 2. A cor de um determinado fruto é definida por dois genes, A e C. O alelo A é responsável por determinar a cor alaranjada, e o alelo a determina a cor verde. O alelo C, cuja presença determina a cor amarela, é epistático em relação aos alelos A e a, e o alelo c não interfere na expressão dos alelos A e a. Com base nessas informações, resolva as questões a seguir. a ) O que é um alelo epistático? b ) Se um agricultor cruzar duas plantas com o genótipo AaCc e o cruzamento resultar em 400 indivíduos, quantas plantas terão fruto alaranjado, quantas terão fruto amarelo e quantas terão fruto verde? Justifique.

3. A cor da plumagem em galinhas é determinada pela interação dos genes C e I. O alelo C é responsável por condicionar plumagem colorida, e o alelo c condiciona plumagem branca. A presença de um alelo I condiciona plumagem branca, pois impede a manifestação do gene C. A presença do alelo i não interfere na expressão do gene C. a ) Qual é a proporção genotípica e fenotípica do cruzamento entre dois animais com o genótipo CcIi ? b ) Qual é o tipo de epistasia observada nesse exemplo?

4. Leia o trecho abaixo e responda às questões propostas. [...] A SM [Síndrome de Marfan] é uma desordem genética resultante de uma mutação que afeta o autossomo 15 [...] e é considerada dominante [...]. [...] a SM afeta o gene envolvido na produção de fibrilina-1 (FBN-1), uma proteína que é uma das principais componentes das fibras elásticas, presentes na substância amorfa (matriz extracelular) que envolve as células do tecido conjuntivo. Essas fibras são responsáveis pela flexibilidade de nossos tecidos e órgãos, assim como pela manutenção dessas estruturas no local correto e pela conexão entre estruturas diferentes. Devido a sua ocorrência ampla, defeitos nessas estruturas geram consequências disseminadas por todo o organismo, incluindo esqueleto, pulmões, olhos, coração e vasos sanguíneos. É o que os geneticistas chamam de pleiotropia [...]. BORGES, J. C. Mãos de pianista. Ciência Hoje, 30 jun. 2006. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/por-dentro-das-celulas/maos-de-pianista>. Acesso em: 5 maio 2016.

a ) O que é a pleiotropia? b ) Faça uma pesquisa e cite outros dois casos de pleiotropia em seres humanos.

5. Em certa raça de cachorro, a cor do pelo é determinada por dois genes, e suas interações podem resultar na cor da pelagem preta, amarela e marrom. Sabendo-se que: o alelo A é responsável pela cor preta; o alelo a, pela cor marrom; e o alelo b, pela cor amarela e epistático sobre os alelos A e a, quando em homozigose, responda. a ) Qual é a proporção fenotípica esperada do cruzamento entre dois animais com o genótipo AaBb? b ) Quais são os genótipos e os respectivos fenótipos desse cruzamento? c ) Qual é o tipo de interação gênica observada nesse cruzamento?

6. (UEPB) Depois dos estudos de Mendel, muitas coisas foram esclarecidas no campo da genética, entre elas, como ocorrem as mudanças nas proporções esperadas de um cruzamento através das interações genéticas. É (São) fator(es) que promove(m) mudanças nas proporções mendelianas: a ) Os casos de interação gênica, do tipo epistasia, na qual um par de alelos é dominante sobre outros pares de genes epistáticos. b ) A troca de partes entre cromátides irmãs não homólogas durante o crossing-over durante a prófase I. c ) A troca de partes entre cromátides irmãs homólogas durante o crossing-over na prófase I. d ) Os casos de interação gênica, do tipo epistasia, na qual um par de alelos é dominante sobre outros pares de genes hipostáticos. e ) A troca de partes entre cromátides irmãs não homólogas durante o crossing-over durante a prófase II. Genética

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7. Leia o trecho do texto abaixo e responda às questões propostas.

National Library of Medicine/SPL/Latinstock

[...] Barbara [McClintock (1902-1992)] foi uma das principais cientistas de nosso tempo e seus trabalhos sobre genética vegetal revolucionaram nossa compreensão do genoma. [...] Barbara descreveu o primeiro mapa genético do milho e mostrou a importância para a divisão celular das porções terminais dos cromossomos, conhecidas como telômeros (termo cunhado por ela), e de regiões mais condensadas que mantêm as duas cópias duplicadas dos cromossomos unidas (os centrômeros). Além disso, Barbara foi a primeira pessoa – em 1931 – a descrever a ocorrência do mecanismo de recombinação genética ou crossing-over após analisar a meiose do milho. [...] Barbara McClintock, cientista estadunidense, ganhou o prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1983 por ter descoberto o elemento móvel genético denominado transposon.

BORGES, J. C. Uma mulher extraordinária. Ciência Hoje, 1o jun. 2007. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/ colunas/por-dentro-das-celulas/uma-mulher-extraordinaria/?searchterm=crossing%20over>. Acesso em: 3 maio 2016.

a ) O que é mapa genético? b ) Como as descobertas da cientista Barbara McClintock contribuíram com a humanidade? c ) O que é permutação? d ) Suponha que foi realizado o cruzamento teste para verificar a frequência de permutação entre os genes A e B presentes no milho. O resultado desse cruzamento está no quadro ao lado. Qual é a frequência de recombinação gênica entre esses genes?

P F1

AaBb AaBb

40 No de indivíduos parentais

aabb

5

Aabb

aaBb

aabb

16

14

30

recombinantes

parentais

e ) Agora considere as seguintes informações referentes à posição dos genes A, B, C e D em um mesmo cromossomo do milho: C e D possuem uma frequência de permutação de 10%; D e B estão situados a uma distância de 5 UM no cromossomo; A e C estão situados a uma distância de 15 UM. Sabendo que o gene A é o primeiro, qual é a sequên­ cia dos outros genes no cromossomo? Para responder a essa questão, considere a frequência de permutação entre os genes A e B que você calculou na questão anterior.

8. (UEM-PR) Sabendo que o tipo de crista em certas variedades de galinhas é condicionado por dois pares de alelos, R/r e E/e – que se segregam independentemente, mas que interagem entre si na produção da forma de crista. A interação entre os alelos dominantes R e E resulta em crista noz; entre o alelo dominante R e o recessivo e, resulta em crista rosa; entre o alelo recessivo r e o dominante E, resulta em crista ervilha; e entre os alelos recessivos r e e, resulta em crista simples. O cruzamento de uma galinha de crista rosa com um galo de crista ervilha resultou descendentes com crista simples. Com base nessas informações e em seus conhecimentos de genética, assinale a(s) alternativa(s) correta(s). 0 1 ) A galinha tem o genótipo Rree. 02 ) A probabilidade de que esse cruzamento origine uma ave de crista noz é de 25%. 04 ) A probabilidade de que esse cruzamento origine uma ave com genótipo rrEe é de 50%. 08 ) O cruzamento entre os descendentes com crista noz resultará em 1/16 de aves com crista simples. 16 ) Quando dois ou mais pares de alelos interagem para expressão de uma característica, pode-se dizer que ocorre epistasia.

9. (Uece) Na interação gênica, os casos de epistasia recessiva acontecem em camundongos que possuem pelagem aguti, preta ou albina. No cruzamento do duplo heterozigoto aguti AaPp x AaPp, sabendo-se que o alelo P condiciona a cor aguti, o alelo p condiciona a cor preta e o alelo A permite a manifestação da cor enquanto a a inibe, pode-se afirmar corretamente que a proporção mendeliana fenotípica clássica de 9 : 3 : 3 : 1 é alterada para a ) 12 : 3 : 1.

b ) 15 : 1.

c ) 13 : 3.

d ) 9 : 3 : 4.

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representada uma via metabólica; o produto de cada reação química, catalisada por uma enzima específica, é o substrato para a reação seguinte.

Substrato 1

Num indivíduo que possua alelos mutantes que levem à perda de função do gene

Substrato 2

Substrato 3

Produto final

Enzima A

Enzima B

Enzima C

Gene A

Gene B

Gene C

Unidade 1

10. (Fuvest-SP) No esquema [ao lado], está

a ) A, ocorrem falta do substrato 1 e acúmulo do substrato 2. b ) C, não há síntese dos substratos 2 e 3. c ) A, não há síntese do produto final. d ) A, o fornecimento do substrato 2 não pode restabelecer a síntese do produto final. e ) B, o fornecimento do substrato 2 pode restabelecer a síntese do produto final.

11. (UFT-TO) Durante a gametogênese humana, uma célula diploide é capaz de originar quatro

a ) Os genes A e b são considerados ligados, ou em linkage, por se situarem em um mesmo cromossomo. b ) Na prófase da primeira divisão meiótica pode ocorrer permuta genética e se os gametas formados forem 50% do tipo A-b e 50% do tipo a-B, pode-se afirmar que estes genes estão em linkage completo.

A

a

b

B

c ) A segunda Lei de Mendel torna-se inválida para genes que estão ligados, ou em linkage, uma vez que as características não se transmitem de forma independente. d ) Considerando que a distância entre os dois loci apresentados é de 20 unidades, os gametas serão formados nas seguintes proporções: 40% Ab, 10% AB, 10% ab e 40% aB.

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

células filhas haploides. A figura a seguir representa um par de cromossomos homólogos de uma célula gamética (2n). Avalie as assertivas a seguir e marque a opção INCORRETA:

Loci é o plural de locus.

e ) A taxa de recombinação entre os genes A e B independe da distância entre os loci gênicos no cromossomo.

12. (Uece) Em periquitos-australianos observam-se, principalmente, as seguintes cores de plumagem: amarela, azul, branca e verde, condicionadas por dois pares de genes de segregação independente e que interagem entre si. Sabendo-se que os indivíduos homozigotos recessivos são brancos; os indivíduos que apresentam em ambos os loci pelo menos um dos alelos dominantes são verdes; e que os indivíduos que apresentam um loci com genes recessivos e o outro com, pelo menos, um alelo dominante ou são azuis ou amarelos, podemos afirmar corretamente que a proporção esperada de um cruzamento de periquitos com ambos os loci heterozigotos é a ) Amarela: 9/16; Azul: 3/16; Branca: 3/16; Verde: 1/16. b ) Amarela: 1/16; Azul: 3/16; Branca: 9/16; Verde: 3/16. c ) Amarela: 3/16; Azul: 3/16; Branca: 1/16; Verde: 9/16. d ) Amarela: 3/16; Azul: 1/16; Branca: 3/16; Verde: 9/16.

13. (FMJ-SP) Suponha que o comprimento dos pelos de uma espécie animal varie de 1,0 cm, quando este possui apenas alelos não aditivos, a 2,2 cm, quando possui apenas alelos aditivos. Um animal de genótipo AABbCc foi cruzado com outro aaBbCC. Os comprimentos máximo e mínimo, esperados em um possível descendente desse cruzamento, são, respectivamente, a ) 2,0 cm e 1,4 cm.

b ) 2,2 cm e 1,0 cm.

d ) 1,8 cm e 1,4 cm.

e ) 2,2 cm e 1,6 cm.

Refletindo sobre o capítulo

c ) 1,6 cm e 1,0 cm.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Retome a questão b da página 48 e complemente sua resposta, se necessário. B Em algumas interações gênicas, como no caso de epistasias e de genes ligados, a proporção fenotípica descrita por Mendel para dois genes não é observada. Por quê? Genética

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Trocando ideias

Mapeamento genético e o câncer

A construção de mapas genéticos vem sendo de fundamental importância para a Medicina. Através desses mapas, é possível que médicos e geneticistas antecipem a probabilidade do aparecimento de determinadas doenças e possam sugerir estratégias de tratamentos efetivos. Veja o trecho da reportagem que aborda as contribuições do mapeamento genético na descoberta de algumas doenças hereditárias.

Mapeamento genético detecta doenças, mas deve ser feito junto com aconselhamento profissional [...] os mapas genéticos têm sido utilizados com sucesso cada vez maior para descobrir genes responsáveis por doenças hereditárias, como a fibrose cística e a distrofia muscular. Até doenças resultantes da conjugação de vários genes, como aterosclerose, asma, diabetes, câncer, distúrbios psiquiá­ tricos e doenças do coração poderão ser compreendidas e tratadas por meio de terapias genéticas, graças ao mapeamento genético [...]. MARTINHAGO, Ciro. Mapeamento genético detecta doenças, mas deve ser feito junto com aconselhamento profissional. Minha Vida. 24 mar. 2014. Disponível em:<www.minhavida.com.br/familia/materias/17437-mapeamento-genetico -detecta-doencas-mas-deve-ser-feito-junto-com-aconselhamento-profissional>. Acesso em: 5 maio 2016.

*Comente com os alunos que, apesar da baixa incidência, os homens também podem desenvolver câncer de mama.

Vamos analisar o caso do câncer de mama como exemplo. Segundo o Instituto Nacional de Câncer (Inca), 90 a 95% dos casos desse tipo de câncer têm origem genética. Apesar disso, sabe-se que a influência de fatores ambientais é alta, até mesmo para pessoas que não possuem essa predisposição,* conforme explica o trecho de reportagem a seguir.

Descoberta sobre câncer de mama abre via para tratamentos individuais Dois estudos [...] traçam o mapa mais completo já feito sobre o câncer de mama, identificando quais mutações no genoma humano são capazes de causar o tumor e os genes envolvidos nessas alterações. A descoberta é considerada um marco, porque permite que pessoas com a mesma doença possam receber tratamentos diferentes e personalizados, de acordo com o gene e o tipo de mutação que fez surgir o câncer de mama em cada uma delas. [...] Diretor do instituto onde as análises foram realizadas, Mike Stratton considera que os resultados são um divisor de águas para a compreensão do câncer de mama. — Existem cerca de 20 mil genes no genoma humano. E, agora, com uma visão completa sobre o câncer da mama, sabemos que 93 desses genes, se alterados, irão converter uma célula normal da mama em uma célula cancerosa. [...] Todas as mutações identificadas pelos estudos não são de origem genética, e sim somática: são adquiridas ao longo da vida, por interferências do ambiente ou de comportamento, como obesidade, tabagismo ou poluição. PAINS, Clarissa. Descoberta sobre câncer de mama abre via para tratamentos individuais. O globo. 2 maio 2016. Disponível em: <http://oglobo.globo.com/sociedade/saude/descoberta-sobre-cancer-de-mama-abre-via-para-tratamentosindividuais-19212281>. Acesso em: 3 maio 2016.

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Unidade 1

Além das alterações por fatores somáticos citados na reportagem, dois genes já haviam sido identificados e relacionados ao câncer de mama: os genes BRCA1 e BRCA2. Mulheres com alterações nesses genes possuem grande probabilidade de desenvolver câncer de mama ou de ovário. Algumas mulheres com histórico de câncer de mama na família e que obtiveram resultados positivos de alteração para esses genes optaram pela retirada preventiva da mama. É importante ressaltar que o aconselhamento médico foi e continua sendo fundamental para a indicação da necessidade desse procedimento, conforme explica o trecho de reportagem a seguir.

Heranças familiares: entre os genes e os afetos [...] procedimentos como o da mastectomia profilática, cirurgia para a retirada da mama antes do desenvolvimento do câncer, podem ser sugeridos pelos médicos, pois os estudos demonstram uma redução drástica da incidência de câncer de mama em mulheres que foram submetidas a esse tipo de cirurgia [...]. LAWALL, F. A. A. et al. Heranças familiares: entre os genes e os afetos. Saúde e Sociedade, São Paulo, v. 21, n. 2, 2012. p. 458-464. Disponível em: <www.readcube.com/articles/10.1590/S0104-12902012000200018>. Acesso em: 5 maio 2016.

Todo ano o Inca estima os principais tipos de câncer que poderão acometer a população naquele ano. Os dados apresentados nos gráficos abaixo se referem ao ano de 2016. Distribuição proporcional dos dez tipos de câncer mais incidentes estimados para 2016 por sexo no Brasil

*Linfomas não Hodgkin, de causas variadas.

Homens

Mulheres Localização primária

2,5%

Leucemias

2,6%

Laringe

3,0%

Bexiga urinária

3,4%

Esôfago

3,7%

Cavidade oral

5,2%

Estômago

6,0%

Cólon e reto

7,8%

Traqueia, brônquio e pulmão

8,1%

Próstata

28,6%

Casos novos 0

20 000

40 000

60 000

2,3%

Parte central do sistema nervoso

2,4%

Linfomas*

2,9%

Glândula tireoide

3,0%

Ovário

3,4%

Corpo do útero

3,7%

Estômago Traqueia, brônquio e pulmão

5,3%

Colo do útero

7,9%

Cólon e reto

8,6%

Mama feminina

28,1%

Rafael Luís Gaion

Parte central do sistema nervoso

Athanasia Nomikou/Shutterstock.com

Localização primária

Casos novos 60 000

40 000

20 000

0

Fonte: INCA. Estimativa 2016 - Incidência de Câncer no Brasil. Disponível em: <www.inca.gov.br/estimativa/2016/tabelaestados.asp?UF=BR>. Acesso em: 3 maio 2016.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A retirada da glândula mamária faz parte do tratamento contra um câncer de mama detectado. Sobre isso, converse com seus colegas a respeito dos pontos a seguir: a ) Qual é a importância do mapeamento genético para esse tipo de doença? b ) Quando o câncer ainda não foi detectado, mas existem fortes indicações genéticas para seu desenvolvimento, que relação deve existir entre os aspectos clínicos (retirada ou não da mama) e os aspectos psicológicos e emocionais da mulher? c ) Imagine que os genes que geram a predisposição aos canceres descritos no gráfico acima estivessem identificados, e que um simples exame de sangue pudesse indicar a possibilidade de desenvolver algum tipo de câncer. Você realizaria esse exame? Por quê? Genética

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capítulo

Power and Syred/SPL/Latinstock

Cromossomos sexuais humanos (aumento de 7  150 vezes).

Cromossomos sexuais e alterações cromossômicas Leia o trecho do texto a seguir.

A) Cromossomos sexuais são cromossomos que determinam o sexo de alguns seres vivos, tais como os animais, entre eles os seres humanos. Mutações cromossômicas são alterações que podem ocorrer nos cromossomos e que alteram sua constituição original. B) O cromossomo sexual Y (à direita) é citado na reportagem. C) Homens podem formar espermatozoides com o cromossomo sexual X ou com o cromossomo sexual Y. Mulheres liberam somente ovócitos com o cromossomo sexual X. Assim, se um espermatozoide com cromossomo sexual X fecundar um ovócito, o A embrião formado será XX (feminino), e se o ovócito B for fecundado pelo espermatozoide com cromossomo sexual Y, o embrião formado C será XY e, portanto, D do sexo masculino.

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Fumantes: cromossomo sexual em risco Não foi sem surpresa que a comunidade científica recebeu a instigante notícia: o fumo, além dos inumeráveis reveses clássicos que provoca à saúde, pode também afetar os cromossomos sexuais masculinos. Se comparados a não fumantes, os homens que fumam são três vezes mais propensos a danificar ou perder, em suas células sanguíneas, o famoso cromossomo Y. [...] [...] nas células sanguíneas de fumantes, cientistas notaram a ausência do cromossomo Y – ou, em muitos casos, que esse cromossomo sofrera processos severos de mutação. [...] Já se sabia que o fumo estava por trás de diferentes danos genéticos e mutações cromossômicas. “Mas essa associação entre o hábito de fumar e a perda do cromossomo Y era desconhecida pela ciência” [...]. [...] KUGLER, Henrique. Fumantes: cromossomo sexual em risco. Ciência Hoje. São Paulo, 5 dez. 2014. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/noticias/2014/12/fumantes-cromossomo-sexual-em-risco>. Acesso em: 11 maio 2016.

O que você compreende sobre os termos destacados no texto? Identifique os dois cromossomos apresentados na imagem. Qual deles é citado no trecho na reportagem? Como o sexo biológico é determinado nos seres humanos? Converse com seus colegas sobre o conteúdo da reportagem.

Resposta pessoal. Espera-se que os alunos conversem sobre os diversos malefícios que o cigarro pode provocar na vida dos seres humanos.

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A maioria dos seres vivos apresenta diferenciações entre macho e fêmea. Na grande maioria dos casos esse dimorfismo sexual é condicionado pelos cromossomos sexuais. A partir de agora, vamos estudar alguns mecanismos que determinam o sexo, bem como algumas características herdadas, que estão relacionadas a esses cromossomos sexuais ou são influenciadas por eles.

Cromossomos sexuais

*Diga aos alunos que existem seres vivos triploides (3n), tetraploides (4n), entre outros.

Representação da fecundação ovócito (n)

célula somática (2n)

n

2n

+

Somma Studio

Os cromossomos dos seres vivos eucariotos estão divididos em cromossomos sexuais e autossomos. Na maioria dos gametas dos seres vivos, o genoma, conjunto de cromossomos, é haploide (n). Já nas células somáticas, aquelas que formam o ser vivo, o genoma é diploide (2n), ou seja, os cromossomos estão presentes aos pares e uma cópia é herdada do gameta feminino enquanto a outra é herdada do gameta masculino.*

n espermatozoide (n)

Essas informações já eram conhecidas, quando, no ano de 1891, o biólogo alemão Hermann Henking (1858-1942), estudando a formação de gametas em uma espécie de besouro, percebeu algo diferente. Esse besouro possuía 23 cromossomos, e Henking observou que, durante a metáfase I da meiose, formavam-se 11 pares de cromossomos, e somente um permanecia sozinho. Henking denominou esse cromossomo como “elemento X”, pois não sabia do que se tratava. Observe ao lado.

A7 Estudio

“elemento x”

Em 1901, o citologista americano Clarence Erwin McClung (1870-1946) sugeriu que o cromossomo X estava relacionado à determinação do sexo. Ele observou que as fêmeas de gafanhoto possuíam um cromossomo a mais, e o associou ao “elemento X” identificado por Henking. Em 1905, os geneticistas estadunidenses Edmund B. Wilson (1856-1939) e Nettie Maria Stevens (1861-1912), trabalhando de maneira independente, conseguiram definir dois sistemas na determinação do sexo dos seres vivos. A seguir, observe os resultados obtidos.

Henking observou que os cromossomos se pareavam durante a metáfase I da meiose I, restando um cromossomo sozinho. Acesse o site a seguir e assista a uma animação que mostra como os cientistas descobriram os cromossomos sexuais.

• http://tub.im/xs5aij

Acesso em: 6 maio 2016.

Sistema XX/X0

Sistema XX/XY

Eles observaram que, em determinados insetos, as fêmeas possuíam um cromossomo a mais do que os machos. Esse cromossomo era o “elemento X”, que foi chamado cromossomo X.

Eles também verificaram que, em outras espécies, machos e fêmeas possuíam a mesma quantidade de cromossomos, mas somente os machos tinham um cromossomo pequeno, que acompanhava o cromossomo X. Por ser descoberto depois, esse cromossomo foi chamado cromossomo Y.

Rogério Casagrande

X

X

XX

= autossomo

XX

X

= cromossomo X

X

Y

XX

= autossomo

Em insetos como o besouro Tenebrio molitor, as fêmeas possuem dois cromossomos X, e os machos possuem um cromossomo Y.

XX

XY

Rogério Casagrande

X

Em insetos, como o gafanhoto, as fêmeas possuem dois cromossomos X, e os machos, somente um. Dessa maneira, as fêmeas sempre têm um cromossomo a mais em suas células.

X

XY

= cromossomo X

= cromossomo Y

Genética

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Unidade 1

Cromossomos sexuais e determinação do sexo

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A partir de várias observações, foi proposta a existência de dois sistemas referentes à formação do sexo e que estavam relacionados aos cromossomos sexuais. No caso do sistema X0, o 0 se refere à ausência de um cromossomo X nas células dos machos, enquanto nas fêmeas o cromossomo X aparece em dobro e é conhecido como XX/XO. Já no sistema XY, as fêmeas apresentam um par de cromossomos X em suas células, e os machos, um cromossomo X e um Y, que se pareiam. Esse sistema é conhecido como XX/XY. Algumas pesquisas ainda identificaram outros sistemas de determinação do sexo. Por exemplo, em alguns insetos e aves, foi reconhecida a formação de um sistema ZW, onde o cromossomo W determina o sexo feminino. Assim, o macho é o sexo homogamético, ou seja, possui dois cromossomos sexuais iguais (ZZ), e a fêmea é o sexo heterogamético, formado por dois cromossomos sexuais distintos (ZW). Outro sistema diferente do ZW, e que ocorre em algumas aves, como a galinha doméstica, é chamado sistema Z0. As fêmeas possuem somente um cromossomo Z (razão para a existência do 0). O macho é ZZ.

Sistema

Homogamético

Heterogamético

Exemplos

XY

Fêmea – XX

Macho – XY

Seres humanos, alguns insetos e anfíbios.

X0

Fêmea – XX

Macho – X0

Percevejos, baratas, gafanhotos, alguns besouros e nematódeos.

ZW

Macho – ZZ

Fêmea – ZW

Borboletas, mariposas, algumas espécies de peixes e aves.

Z0

Macho – ZZ

Fêmea – Z0

Galinhas e répteis.

Kenneth Man/ Shutterstock.com

44 + XY

X

22 + Y

Y

GG Pro Photo/Shutterstock.com

22 + X

Somma Studio

44 + XX

Gelpi JM/Shutterstock.com

cristovao/ Shutterstock.com

Os seres humanos possuem dois cromossomos sexuais – X e Y. Durante a meiose, o homem produz dois tipos de espermatozoides: um que contém 22 autossomos mais o cromossomo sexual X e outro que contém 22 autossomos mais o cromossomo sexual Y. Já as mulheres produzem somente um tipo de gameta, com 22 autossomos e um cromossomo sexual X. Dessa maneira, a determinação do sexo nos seres humanos se dá pelo sistema XY. O genótipo masculino pode ser expresso por 44 + XY ou 44A + XY (44 cromossomos autossômicos, um cromossomo sexual X e outro Y). O sexo feminino é expresso nos 44 + XX ou 44A + XX. Observe.

X 22 + X 44 + XX

44 + XY

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Os cromossomos sexuais X e Y são morfologicamente distintos. Nos seres humanos, o cromossomo X é maior, com centrômero mais centralizado, enquanto o cromossomo Y é menor, e possui o centrômero próximo das extremidades.

região diferencial

centrômero

Y região homóloga

Guilherme Casagrandi

Existem centenas de genes presentes nas regiões de diferenciação, e que, além da definição do sexo, relacionam-se a diversas outras características do ser humano. Os genes localizados na região diferencial do cromossomo X exibem o padrão de herança chamado herança ligada ao sexo. Já os localizados na região diferencial do cromossomo Y exibem o padrão de herança holândrica.

região homóloga região diferencial

Existem partes do material genético dos cromossomos X e Y que são homólogas, ou seja, são comuns entre si. Elas se situam próximo às regiões terminais e garantem o emparelhamento durante a divisão celular. As outras partes são regiões diferenciais (não homólogas), responsáveis por características diferentes do ser humano, que estão presentes exclusivamente ou no cromossomo X ou no Y. Veja ao lado.

Unidade 1

Herança ligada aos cromossomos X e Y

Cromossomo X Ilustração produzida com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 52.

Herança ligada ao sexo Vamos estudar dois exemplos de herança ligada ao sexo: o daltonismo e a hemofilia.

Daltonismo O daltonismo é uma herança ligada ao sexo, na qual os genes envolvidos nessa condição genética estão presentes no cromossomo X. Normalmente, os cones, células especializadas presentes no olho humano, possuem três tipos diferentes* de proteínas fotossensíveis à luz: proteínas que absorvem comprimentos de onda para o azul, o verde ou o vermelho. O daltonismo está relacionado à alteração em qualquer uma dessas proteínas, fazendo a pessoa não conseguir distinguir algumas cores.

*O gene que codifica a proteína para a cor azul está situado em um cromossomo autossomo.

Dependendo da proteína que é alterada, existem vários tipos de daltonismo. No entanto, o tipo mais comum é a não distinção entre o verde e o vermelho. Esse tipo de daltonismo é condicionado pelo alelo recessivo d, ligado ao sexo, enquanto seu alelo dominante D condiciona a visão sem daltonismo. No quadro a seguir, são apresentados os possíveis genótipos e fenótipos formados para homens e mulheres, relacionados ao daltonismo. Sexo

Masculino

Feminino

Genótipo

XDY

XdY

XD X D

XDXd

Xd Xd

Fenótipo

Sem daltonismo

Com daltonismo

Sem daltonismo

Portadora sem daltonismo

Com daltonismo

Com base nessas informações, podemos verificar as seguintes questões: quais seriam as probabilidades de um homem sem daltonismo e uma mulher portadora do gene para daltonismo terem uma criança com daltonismo? E de terem um filho com daltonismo? Veja no quadro ao lado. . Colocando os gametas no quadro de Punnett, temos que:

••Sem

considerar o sexo dos filhos, esse casal 1 de probabilidade de ter uma 4 criança com daltonismo. teria 25% ou

A probabilidade de nascer um menino é sem1 . Nesse caso, a probabilidapre de 50% ou 2 de um menino nascer com daltonismo é de 1 1 . 1 1 . = 8 2 4 8

X

D

Y

XDY  Gametas produzidos:

  XD e Xd

XD e Y  XD e Xd

XD

XD XD Mulher sem daltonismo

XD Y Homem sem daltonismo

Xd XDXd Mulher portadora sem daltonismo XdY Homem com daltonismo

Genética

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Guilherme Casagrandi

Em casos de herança ligada ao cromossomo X, geralmente os homens possuem maior probabilidade de herdar o fenótipo alterado. A explicação para esse fato é que a mulher herdará dois cromossomos X e o homem, somente um.

com daltonismo

Xd Xd

X DY

portadora

? X DX d

X DX d

sem daltonismo

Xd Y

1. Qual é a probabilidade de esse casal ter uma filha com daltonismo?

Qual é a probabilidade de esse casal ter outro filho do sexo masculino com daltonismo? A probabilidade de terem outro descendente do sexo masculino é 1 de 50% ( ). Nesse caso, a probabilidade de ele nascer com dalto2 nismo é de 100%: XdXd X DY X DX d X DX d X dY X dY Assim, a probabilidade de ter um filho do sexo masculino com 1 . daltonismo é de 50% ou 2 1 . 1 ( 1= ). 2 2

Daltonismo e o teste de Ishihara

Autor desconhecido. Séc. XIX. Gravura. Coleção particular. Foto: The Granger Collection/Fotoarena

A probabilidade de ser uma menina é de 1 50% = ( ); de ela ter 2 daltonismo é zero, pois: 1 . 0 = 0. 2 Esse casal não tem probabilidade de ter uma filha com daltonismo (Xd X d), somente filhas portadoras do alelo para daltonismo (X D X d).

Agora considere que um casal formado por uma mulher com daltonismo e um homem sem daltonismo tenham duas filhas portadoras e um filho com daltonismo. Observe essa situação representada no heredograma ao lado.

O nome daltonismo foi dado em homenagem ao químico e físico inglês John Dalton (1866-1944). Ao ser convidado para trabalhar em uma universidade em Manchester, na Inglaterra, iniciou o desenvolvimento de pesquisas sobre a incapacidade de distinguir cores, condição que ele e seu irmão possuíam. Ele estudou diversos tipos de não distinção entre cores, e percebeu que o mais comum era entre o verde e o vermelho.

Desenvolvido pelo pesquisador japonês Shinobu Ishihara (1879-1963) em 1917, o Teste de Ishihara consiste na apresentação de cartões coloridos, contendo círculos de tamanhos e cores diferentes. As cores dos círculos são ligeiramente diferentes entre si, e, no centro do cartão, alguns desses círculos formam um número, que pode ser identificado somente por pessoas de visão sem daltonismo.

SPL/Latinstock

John Dalton.

Cartão apresentando o número oito visto por pessoas com visão sem daltonismo. Dependendo do tipo de daltonismo, o número não é visto, ou é confundido com o número três. Outros testes devem ser realizados para confirmar o daltonismo.

Hemofilia A hemofilia é outra condição genética ligada ao cromossomo X. O tipo mais comum de hemofilia está relacionado a uma alteração do gene que condiciona a proteína conhecida como fator VIII. Esta é uma das proteínas relacionadas à coagulação do sangue. Pessoas com alterações nessas proteínas possuem dificuldades na coagulação do sangue, o que faz com que pequenos sangramentos, sejam na pele ou em órgãos internos como músculos e estômago, por exemplo, demorem a cessar.

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Sexo

Masculino

Unidade 1

A hemofilia é condicionada por um alelo recessivo h, e o seu alelo dominante H condiciona a coagulação normal. Essa condição genética segue o mesmo padrão de herança do daltonismo, ou seja, está ligada ao cromossomo sexual X. Veja no quadro a seguir. Feminino

Genótipo

X HY

X hY

X HX H

X HX h

X hX h

Fenótipo

Sem hemofilia

Com hemofilia

Sem hemofilia

Portadora sem hemofilia

Com hemofilia

Com base nessas informações, considere a seguinte situação: um homem hemofílico se casou com uma mulher portadora para essa condição. Quais são os possíveis genótipos e fenótipos para hemofilia que seus descendentes podem apresentar?

Gametas produzidos:

XhY

XH e X h

Xh e Y

XH e Xh

Colocando os gametas no quadro de Punnett, temos que:

Xh

XH

Xh

XHX h

XhXh

Mulher portadora sem hemofilia

Mulher com hemofilia

X HY

X hY

Homem sem hemofilia

Homem com hemofilia

Y

• Nesse

caso, a probabilidade é de 50% de homens ou mulheres possuírem o fenótipo para hemofilia. No caso dos homens, os outros 50% não terão hemofilia, e entre as mulheres, 50% serão portadoras.

Autor desconhecido. Séc. XIX. Xilogravura. Coleção particular. Foto: Sarin Images/Granger/Glow Images

Casos de hemofilia eram recorrentes em famílias reais europeias, tais como a da rainha Vitória, da Inglaterra, no século XIX. Segundo estudos, uma mutação espontânea surgiu no gene da Rainha, e foi transmitida para vários descendentes.

Wedding of Queen Victoria. 1840. Gravura em madeira.

Biologia e Saúde

Distrofia de Duchenne

2. No caderno, monte um cruzamento de um casal cujos filhos possuam 100% de probabilidade de ter hemofilia, e cujas filhas sejam somente portadoras. 3. Em cruzamentos em que a característica estudada está ligada ao cromossomo X, os homens podem ser portadores? Por quê? 2. X h X h X HY X H X h; X hY. 3. Não, pois eles possuem somente um cromossomo X. Dessa maneira, ou eles possuem o alelo para a alteração, ou não o possuem.

A distrofia de Duchenne é uma condição genética de herança recessiva ligada ao cromossomo X. Indivíduos do sexo feminino são, na maioria dos casos, apenas portadores do gene alterado, não desenvolvendo sintomas da distrofia. Essa distrofia muscular é causada por uma alteração no gene presente no cromossomo X que codifica a proteína distrofina, a qual, juntamente com outras proteínas, é responsável pela integridade da membrana plasmática das células musculares estriadas, esqueléticas e cardíacas. A produção incorreta de distrofina torna as células musculares mais vulneráveis, resultando na degeneração progressiva do tecido muscular. Genética

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73

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Os sintomas da distrofia de Duchenne começam a tornar-se evidentes por volta dos cinco anos de idade. Nessa fase, a criança começa a sentir fraqueza muscular, ter quedas frequentes, apresentar dificuldades motoras, tornando-se incapaz de andar sem auxílio. Os indivíduos com essa distrofia também apresentam dificuldades de aprendizagem, demonstrando um moderado atraso no desenvolvimento cognitivo. Conforme a doença progride, os indivíduos portadores da distrofia de Duchenne desenvolvem insuficiência respiratória e cardíaca, resultando na morte, que ocorre em torno do início da idade adulta. corpúsculo de Barr

Gato de três cores pela inativação de um cromossomo X

Chris Bjornberg/Photo Researchers, Inc./Latinstock

As fêmeas de mamíferos possuem um mecanismo para compensar a dose dupla dos genes ligados ao cromossomo X, uma vez que possuem duas vezes a quantidade desses genes, em relação aos machos. Quando estão em formação, suas células são programadas geneticamente para inativar um dos cromossomos X. Essa inativação ocorre aleatoriamente, de maneira que metade das células inativam o cromossomo X herdado do pai, e a outra metade, o cromossomo X herdado da mãe. Esse mecanismo compensatório foi sugerido pela citogeneticista britânica Mary Frances Lyon (1925-2014), em 1961. Segundo ela, o corpúsculo de Barr, cromatina condensada encontrada apenas no núcleo das células femininas, é formado a partir da inativação parcial de um dos cromossomos X do indivíduo do sexo feminino. Corpúsculo de Barr em uma célula feminina humana (aumento de 40 000 vezes).

A cor da pelagem de gatos é um exemplo em que esse mecanismo pode ser observado. Nesses animais, a coloração da pelagem é bem diversificada, tendo como base três cores principais: branca, preta e alaranjada.

Vera Zinkova/Shutterstock.com

A cor alaranjada e a cor preta são codificadas pelos alelos de um gene presente no cromossomo X. Já a coloração branca é codificada por um par de alelos autossômicos. Se a gata for heterozigota para o gene que determina a coloração alaranjada ou preta (X A X a), metade das suas células possuirá o alelo X A , que condiciona a cor alaranjada, e outra metade apresentará o alelo X a, que condiciona a cor preta. Dessa maneira, a gata expressará as duas cores. Já a cor branca é determinada quando os alelos recessivos (presentes nos autossomos) estiverem em homozigose, pois não sofrem interações com os genes situados nos cromossomos sexuais. Dessa maneira, na grande maioria dos casos, a pelagem tricolor (branca, alaranjada e preta) é observada apenas nas fêmeas.* Gata com pelagem tricolor.

Herança holândrica Os alelos dos genes presentes na região não homóloga do cromossomo Y são transmitidos diretamente do pai para seus filhos. Um exemplo desse tipo de herança, chamada de herança ligada ao Y, ou herança holândrica, é a transmissão do gene SRY (Sex-determining Region Y ), responsável por grande parte da determinação do sexo masculino. Ilustração produzida com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 52.

região homóloga gene SRY

centrômero região diferencial

Guilherme Casagrandi

*Observa-se apenas um caso de gatos machos tricolores a cada 3 000 nascimentos, sendo estes portadores de trissomia 47, XXY e estéreis.

região homóloga Cromossomo Y.

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Antigamente, a hipertricose auricular, condição genética que se caracteriza pela grande quantidade de pelos no pavilhão da orelha, era mencionada como uma herança ligada ao cromossomo Y. Estudos recentes indicaram que o gene responsável por essa característica está ligado à região homóloga do cromossomo Y, não sendo, portanto, exclusiva do cromossomo Y. Esses genes, presentes nas regiões das pontas dos braços, podem ser transmitidos de pais ou de mães para filhos ou filhas. Assim, esse comportamento se assemelha à herança de um gene autossômico, por isso recebe o nome de pseudoautossômico.

Unidade 1

Niklas Halle’n/Barcroft Media/Other Images

Genes pseudoautossômicos

Homem com hipertricose auricular.

Herança influenciada pelo sexo Existem algumas condições genéticas nas quais os genes não se encontram nos cromossomos sexuais, mas sim nos autossomos. Apesar disso, as características hormonais e fisiológicas do sexo influenciam sua manifestação. Por isso, essas doenças não estão ligadas ao sexo, embora sejam influenciadas por ele. Quando um gene age como dominante em um sexo, mas recessivo em outro, consideramos que ele é influenciado pelo sexo. Um exemplo de condição genética influenciada pelo sexo é a calvície. O gene que a condiciona está em um cromossomo autossomo.

Genótipo

Homem

Mulher

CC

com calvície

com calvície

Cc

com calvície

sem calvície

cc

sem calvície

sem calvície

Além dos fatores genéticos, os casos de calvície podem estar relacionados a outros fatores. Entre eles, podemos citar as alterações na produção de determinados hormônios, como os da glândula tireoide, por exemplo, ou alguns problemas de saúde, como a seborreia e a sífilis. É importante destacar, ainda, que alguns tratamentos médicos também podem ocasionar a queda dos cabelos, como a quimioterapia, tratamento frequentemente indicado por médicos para pessoas com câncer.

Daxiao Productions/Shutterstock.com

Dessa forma, quando os alelos são homozigotos dominantes, tanto o homem quanto a mulher serão calvos. Por outro lado, quando se encontram em homozigose recessiva, tanto os homens quanto as mulheres não serão calvos. Mas, quando esses genes se encontram em heterozigose, os homens serão calvos e as mulheres, não. Dessa maneira, é possível concluir que o mesmo genótipo age de maneira distinta em sexos diferentes, indicando algum tipo de influência causada pelo sexo masculino. Observe o quadro abaixo.

Homem calvo.

Herança limitada pelo sexo É uma herança cujo gene está presente nos cromossomos autossômicos, mas a expressão de seu fenótipo é influenciada pela presença ou ausência de um dos hormônios sexuais. As células responsáveis pela produção do leite, por exemplo, estão presentes em homens e mulheres, mas somente realizam essa função nas mulheres, influenciadas pela ação dos hormônios femininos.

4. Um casal possui 50% de probabilidade de ter um filho com calvície e nenhuma probabilidade de ter uma filha com calvície. Quais são os possíveis genótipos desse casal, considerando que o homem é homozigoto e a mulher não é calva? Filho com calvície = CC ou Cc; filho sem calvície = cc; filha sem calvície; Cc ou cc. Possíveis genótipos dos pais: cc (pai); Cc( mãe). cc Cc Cc ou cc

Genética

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75

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Alterações cromossômicas O conjunto de todos os cromossomos de um ser vivo recebe o nome de cariótipo.* Neste capítulo, vimos que o ser humano possui 46 cromossomos que formam seu genótipo, sendo dois os cromossomos sexuais. Dessa maneira, o cariótipo masculino pode ser representado por 46, XY, e o cariótipo feminino, por 46, XX.

*Retome o conteúdo já abordado no volume de 1o ano desta coleção.

Em virtude de uma série de fatores, diversos tipos de alterações podem ocorrer nos cromossomos. Essas alterações, chamadas mutações ou alterações cromossômicas, são caracterizadas por alterar a estrutura do cromossomo ou sua quantidade no cariótipo, como por exemplo, por meio de inserções ou perdas de um cromossomo completo ou de parte dele. Agora, vamos estudar primeiramente as alterações na estrutura dos cromossomos.

Alterações cromossômicas estruturais As alterações na estrutura dos cromossomos são chamadas rearranjos. Eles ocorrem a partir de eventos de quebras nos cromossomo, e os fragmentos resultantes são reparados de maneira diferente da original, ou simplesmente perdidos. Observe, no esquema a seguir, como os rearranjos podem ocorrer.

Rearranjos nos cromossomos Inversão: acontece quando o cromossomo sofre duas quebras, e o fragmento formado faz um giro de 180 o e depois é religado. Existem dois tipos de inversão: a paracêntrica, que ocorre em um dos braços do cromossomo e não envolve o centrômero; e a pericêntrica, na qual o fragmento formado contém o centrômero.

Deleção: acontece quando duas quebras ocorrem no mesmo cromossomo, e o fragmento gerado não é reintegrado ao cromossomo e se perde. As deleções de genes indispensáveis à sobrevivência inviabilizam o desenvolvimento do ser vivo. Entretanto, podem ocorrer deleções em genes que permitem o desenvolvimento, mas produzem sequelas, como a síndrome de cri-du-chat, ocasionada pela deleção do braço curto do cromossomo 5. Os portadores dessa síndrome possuem graves problemas físicos e mentais, apresentando choro agudo, similar ao miado de um gato.

A

B

C

D

E

A

B

C

D

E

F

B

A

C

D

E

F

Observe A neste B exemplo C D E a inversão paracêntrica dos genes A e B.

A

B

D

C

E

F

F

F

centrômeros

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

Observe neste exemplo B a deleção do gene C.

A

C

D

E

F

A

B

D

C

E

F

A

B

D

E

F

Duplicação: ocorre quando parte do cromossomo é duplicado. Normalmente o fenótipo resultante apresenta características com menores alterações do que na deleção. Ilustrações: Guilherme Casagrandi

Observe neste exemplo a inversão pericêntrica dos genes C e D.

A

B

C

D

E

F

A

B

C

D

E

F

Observe neste exemplo a duplicação dos genes E e F.

Translocação: ocorre quando dois cromossomos não homólogos sofrem quebra e seus fragmentos formados são reinseridos de maneira trocada, cada um no cromossomo diferente de sua origem.

A

E

F

B

C

D

E

G

H

I

J

F

A

B

C

D

G

E

F

I

J

H

Observe neste exemplo a translocação dos genes E e F e G e H.

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Unidade 1

Alterações cromossômicas numéricas As alterações cromossômicas numéricas estão relacionadas a perdas ou inserções de cromossomos inteiros, o que altera o número de cromossomos presentes no carió­ tipo de uma espécie. Essas alterações podem ser de dois tipos principais: as poliploi­ dias e as aneuploidias.

Poliploidia As poliploidias estão relacionadas à presença de conjuntos a mais de cromossomos (um genoma inteiro) presentes em alguns seres vivos. Normalmente, as poliploidias ocorrem em vegetais, e estão relacionadas à reprodução assexuada. Como os animais se reproduzem sexuadamente, são raros os casos de poliploidia. Tim UR/Shutterstock.com

Poliploidias e a agricultura Em diversas angiospermas, a presença da poliploidia promove uma va­ riação no número cromossômico, que pode conferir adaptações vantajosas em algumas espécies. Muitas das plantas cultivadas são poliploides, origi­ nadas de cruzamentos interespecíficos ou intergenéricos (entre gêneros) que ocorreram na natureza ou por meio de cruzamentos artificiais realiza­ dos pelo ser humano. Algumas variedades de soja, feijão, girassol, algodão, banana e morango são exemplos de poliploides. No caso do morango, existem mais de 20 espécies do gênero Fragaria. Dessas, há espécies diploides (2n), tetraploides (4n), octoploides (8n) e de­ caploides (10n).

Morangueiro.

Aneuploidias As aneuploidias, relacionadas à alteração do número de cromossomos no cariótipo de um indivíduo, podem ser caracterizadas pela perda de um cromossomo ou pela presença de um cromossomo a mais no genoma. A partir de agora, vamos estudar algumas síndromes relacionadas às aneuploidias.

Ser vivo adulto Morangueiro: pode atingir até 30 cm de altura.

••Síndrome de Turner A síndrome de Turner é uma monossomia, condição na qual ocorre a falta de um cromossomo no genótipo. Essa síndrome é a única monossomia em humanos que possui condições viáveis de desenvolvimento. Nela, os portadores perdem um cro­ mossomo X, por isso seu cariótipo é 45, X. Eles possuem fenótipo feminino, porém são estéreis em virtude de os ovários serem atrofiados, estatura baixa, pescoço alado, deficiências auditivas e anomalias no sistema circulatório.

••Síndrome de Klinefelter A síndrome de Klinefelter, causada por uma adição de um cromossomo sexual X ao genótipo masculino, possui o cariótipo 47, XXY, ou seja, são 44 autossomos, mais dois cromossomos sexuais X e Y e um cromossomo sexual X a mais. Geralmente, o portador dessa síndrome é estéril, possui estatura elevada, testículos pouco desenvolvidos, redução de pelos na região pubiana e da face, desenvolvimento das mamas (ginecomastia), entre outras características.

••Síndrome do triplo X É caracterizada pela presença de um cromossomo X a mais no genótipo feminino, que pode ser descrito como 47, XXX, sendo essa a alteração mais comum, embora outras formas possam ocorrer, tais como 48, XXXX ou 49, XXXXX. O desenvolvimento da portadora da síndrome do triplo X só ocorre quando dois dos três cromossomos presentes em suas células são inativados. Em geral, as mulhe­ res com essa síndrome não apresentam alterações em seus fenótipos, mas há casos de comprometimento mental discreto ou de fertilidade reduzida. Genética

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Trissomia Trissomias são caracterizadas pela presença de uma cópia a mais de um cromossomo. A síndrome de Klinefelter, a síndrome do tripo X e do duplo Y são exemplos de trissomias relacionadas aos cromossomos sexuais. Das trissomias que ocorrem em autossomos, podemos citar: a síndrome de Patau, na qual o cromossomo 13 possui uma cópia a mais e seu cariótipo é 47, +13; a síndrome de Edwarde, que consiste em uma cópia a mais do cromossomo 18 e seu cariótipo é 47, +18; e a síndrome de Down.

••Síndrome do duplo Y É provavelmente causada por uma não disjunção, ou seja, uma não separação du­ rante a meiose II na formação dos gametas paternos, produzindo espermatozoides YY. Seu cariótipo é definido como 47, XYY. Os portadores dessa síndrome geralmente são mais altos. Inclusive, esses homens são férteis e não existem estudos que comprovem a maior incidência dessa síndrome em sua prole.

••Síndrome de Down A síndrome de Down é a trissomia mais conhecida e comum em seres humanos. Ela se caracteriza pela presença de um cromossomo autossômico 21 a mais. Assim, seu cariótipo é expresso como 47, +21, por isso ela também pode ser chamada tris­ somia do 21. Essa síndrome ocorre por causa de uma não disjunção cromossômica em uma das divisões da meiose. Ela pode ocorrer durante a meiose para a formação dos gametas masculinos ou femininos. Alguns estudos demonstram que, quanto maior a idade da mãe, maior a probabilidade de ocorrer a não disjunção. Por exemplo, em mulheres de 25 anos, a probabilidade é que, a cada 1 500 nascimentos, em um ocorra a trissomia, enquanto em mulheres de 40 anos, essa probabilidade é de um caso a cada 400 nas­ cimentos. Observe, a seguir, como ocorrem as possíveis não disjunções meióticas que podem originar a síndrome de Down. A origem de outras aneuploidias pode seguir um padrão similar ao do esquema.

Formação de uma aneuploidia relacionada ao par cromossômico 21 1

Síndrome de Turner, 45, X. Ilustrações produzidas com base em: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 120.

meiose I

não disjunção

divisão normal

A

B

normal

meiose II divisão normal

C

D

E

F

não disjunção

G

H

Guilherme Casagrandi

5. Considere que o par de cromossomos apresentados no esquema ao lado fosse do cromossomo X. Que tipo de síndrome ocorreria se um espermatozoide de origem similar ao gameta E fecundasse um ovócito de origem similar ao gameta C ?

2

No esquema 1 , a não disjunção ocorre durante a meiose I. Em sua sequência, são formados quatro gametas. Os gametas A e B contêm dois cromossomos 21, enquanto os gametas C e D , nenhum. No esquema 2 , a não disjunção ocorre na meiose II e são formados dois gametas sem alterações, E e F , e dois gametas alterados, o gameta G , contendo duas cópias do cromossomo 21, e o gameta H , sem esses cromossomos. Na união dos gametas A , B e G com outros sem alterações pode ser formado um zigoto com trissomia do 21, dependendo da combinação.

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Unidade 1

Entre as características dos portadores da síndrome de Down, estão a baixa esta­ tura, a face larga e achatada, as mãos pequenas com apenas um vinco nas palmas das mãos, a língua espessa, entre outras. Na maioria dos casos, a pessoa com sín­ drome de Down tem o desenvolvimento e a aprendizagem mais lentos, o que não significa que elas sejam incapazes. Muitas vezes, o preconceito da sociedade é o que dificulta o desenvolvimento das pessoas com síndrome de Down, e de outras síndro­ mes também.

Cariótipo 46, XX.

Biologia e Sociedade

Dr. Philippe Vago, ISM/SPL/Latinstock

Dr. Philippe Vago, ISM/SPL/Latinstock

Observe, a seguir, uma comparação entre um cariótipo de uma pessoa sem a sín­ drome de Down e outro de uma pessoa com síndrome de Down.

Cariótipo 46, +21.

6. O cariótipo com síndrome de Down é de uma mulher ou de um homem? Justifique. De um homem, pois o cariótipo contém um cromossomo sexual X e um cromossomo sexual Y.

Inclusão social

De maneira geral, a inclusão social é um termo amplo que está ligado à inserção na sociedade da pessoa que esteja em situação de exclusão, de qualquer natureza. A inclusão social deve garantir oportunidades iguais a todos. No caso das pessoas com deficiência, seja ela física, mental, intelectual ou sensorial, a inclusão deve permitir que elas se tornam aptas, dentro de suas limitações, a praticar esportes, trabalhar, ter acesso à cultura e ao lazer. No Brasil, em 6 de julho de 2015, foi instituída a Lei Brasileira de Inclusão da Pessoa com Deficiência (n o 13.146), destinada a assegurar o exercício dos direitos e das liberdades fundamentais às pessoas com deficiência, visando promover a in­ clusão social e a cidadania. Isso garantiu que portadores de síndromes genéticas tivessem o direito e o acesso à educação inclusiva, para a promoção do desenvol­ vimento de seus talentos e de suas habilidades físicas, sensoriais, intelectuais e sociais. Khampha Bouaphanh/TNS/ZUMA Wire/Easypix

Além disso, a pessoa com deficiência tam­ bém tem o direito de escolher a sua profissão e trabalhar em um ambiente acessível e inclusivo, que garanta a igualdade de oportunidades. Vários exemplos de inclusão social são ob­ servados nas pessoas com síndrome de Down. Com o auxílio e a interação dos pais, familia­ res, professores e amigos, as pessoas com síndrome de Down são capazes de desenvol­ ver todas as atividades sem nenhum compro­ metimento social. Pessoa com síndrome de Down em seu trailer de comida ( food truck), nos Estados Unidos, em 2016.

Genética

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Veja, a seguir, alguns exemplos da inclusão social de pessoas com síndrome de Down.

[...] Katie Meade, 34, poderia ser só mais uma entre tantas modelos. Mas, em um mercado muitas vezes conhecido pela pouca diversidade, Meade se destaca: ela tem síndrome de Down. Para ela, não é surpresa nenhuma uma modelo com Down. “A beleza pertence a todos”, diz. A BELEZA pertence a todos, diz modelo com síndrome de Down. BBC Brasil, 12 abr. 2016. Disponível em: <www.bbc.com/portuguese/videos_e_fotos/2016/04/160412_video_beleza_down_my>. Acesso em: 10 maio 2016.

[...] Cláudio Arruda, de 27 anos, tem Down e realizou seus sonhos. Aos 5, ganhou de presente a égua Borboleta. Uma década depois, ingressava na Escola de Equitação da Sociedade Hípica Paulista, onde ganhou amigos e títulos. [...]. Recebeu patrocínios e foi vice-campeão do Campeonato Paulista e da Regional Metropolitana de São Paulo, ambos em 2009, nos saltos de 60 centímetros. Detalhe: Arruda competia com atletas sem Down. “A gente precisa mostrar para a sociedade que é capaz de fazer tudo”, diz ele. “Sabe por quê? Esse sentimento me faz vencer as competições.”[...] O EXEMPLO do ator Ariel Goldenberg, protagonista da campanha #VEMSEANPENN. Época, 28 fev. 2013. Disponível em: <http://revistaepoca.globo.com/vida/noticia/2013/02/o-exemplo-do-ator-ariel-goldenbergprotagonista-da-campanha-vemseanpenn.html>. Acesso em: 10 maio 2016.

[...] [...] Um integrante da família foi aprovado no vestibular para o curso de geografia da instituição. O fato de Kallil Assis Tavares, de 21 anos, ter síndrome de Down torna a conquista ainda mais expressiva. Ele é o primeiro aluno com síndrome de Down a passar em um vestibular da UFG. O estudante não teve correção diferenciada. Ele concorreu de igual para igual com os outros candidatos.[...] [...]

7. Qual é a importância da inclusão social para as pessoas com deficiência? 8. Para você, a maioria das pessoas que apresentam alguma síndrome genética está inserida em atividades que promovam a inclusão social?

ESTUDANTE com síndrome de Down é aprovado no vestibular da UFG. G1, 22 fev. 2012. Disponível em: <http://g1.globo.com/ goias/noticia/2012/02/estudante-com-sindrome-de-down-e-aprovado-no-vestibular-da-ufg.html>. Acesso em: 10 maio 2016.

Segundo dados do Censo Escolar realizado pelo Instituto Nacional de Estudos e Pes­ quisas Educacionais Anísio Teixeira (INEP), o Brasil mostra que o sistema educacional está se tornando cada vez mais inclusivo, apesar de ainda estar longe do ideal. Em 1998, aproximadamente 200 mil pessoas com deficiência estavam matriculadas na educação básica regular, sendo apenas 13% em classes comuns. Já em 2014, fo­ ram matriculadas quase 900 mil pessoas, sendo 79% delas em turmas comuns.

BSIP/UIG/Getty Images

7. Garantir oportunidades iguais a todos, tornando as pessoas com deficiência aptas a executar as atividades do cotidiano. 8. Resposta pessoal.

Adolescente com síndrome de Down estudando em um colégio em Paris, 2005.

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Unidade 1

Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Explique o que é herança holândrica.

2. Por que os homens podem apresentar maior probabilidade de herdar um fenótipo alterado em relação às mulheres, quando o gene que condiciona esse fenótipo está ligado ao cro­ mossomo X?

3. Sobre aneuploidias, responda às questões. a ) O que são?

b ) Como são formadas?

c ) Cite um exemplo.

4. Explique como ocorre a determinação do sexo nos seguintes sistemas: a ) X0;

b ) ZW;

c ) XY.

5 . Suponha que um homem com daltonismo se case com uma mulher sem daltonismo. a ) Nesse caso, quais serão os prováveis genótipos e fenótipos dos descendentes desse casal? b ) Que tipo de herança genética é observado nesse caso? Justifique.

6. Observe ao lado o heredograma sobre a calvície e responda às questões. a ) Quais são os possíveis genótipos dos indivíduos 1, 2, 5 e 6? 2

1

3

c ) Qual é o genótipo do indivíduo 5, considerando que ele se case com uma mulher sem calvície, homozigota e tenha 100% de probabilidade de ter filhos com calvície?

5

4

Guilherme Casagrandi

b ) Suponha que a mulher 4 seja heterozigota e resolva ter um filho com o indivíduo 3. Qual é a probabilidade de nascer um menino e de que ele tenha calvície?

6

?

7. No caderno, relacione a primeira coluna com a segunda. I ) Deleção.

a ) Ocorre quando o ser vivo apresenta um conjunto a mais de cromossomos nas suas células.

II ) Monossomia.

b ) Alteração cromossômica que ocorre quando há duas quebras no mesmo cromossomo, e o fragmento formado é perdido.

I II ) Translocação. I V ) Poliploidia. V ) Inversão.

c ) Alteração cromossômica que ocorre quando há duas quebras no cromossomo, e o fragmento formado faz um giro de 180 o e é reintegrado ao cromossomo. d ) Alteração cromossômica caracterizada pela falta de um cro­ mossomo no genótipo. e ) Alteração cromossômica que ocorre quando dois cromosso­ mos não homólogos sofrem quebra, e seus fragmentos são reintegrados aos cromossomos de maneira trocada.

Pr Philippe Vago, ISM/SPL/Latinstock

II

Zuzanae/Shutterstock.com

I

Pr Philippe Vago, ISM/SPL/Latinstock

8. Abaixo, são apresentados três cariótipos de seres humanos. Observe-os e responda às questões. III

a ) O que é um cariótipo? b ) Qual é o total de cromossomos apresentados nos cariótipos

I

,

II

e

III

?

c ) Todos os cariótipos apresentam alterações cromossômicas? Quais são elas? d ) Que síndromes genéticas esses cariótipos representam? Genética

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9. Leia o trecho abaixo e responda às questões propostas. [...] Solteira aos 35 anos, a cirurgiã-dentista [...] não sabia quando ia encontrar o par perfeito, mas quis optar por uma espécie de previdência para a maternidade, como ela mesma diz. “Minhas irmãs são médicas, meu pai também, fomos chegando a um consenso de que optar pelo congelamento de óvulos seria o mais adequado”, diz. [...] Ainda que não haja estatísticas no Brasil, especialistas afirmam que as mulheres têm buscado cada vez mais a técnica como intuito de adiar a gravidez. [...] [...] O aumento da procura tem sido atribuído pelos médicos principalmente à entrada mais tardia da mulher no mercado de trabalho. [...] Para especialistas, o problema é que muitas mulheres têm optado pelo procedimento após os 40 anos. A idade ideal para recorrer ao procedimento é até os 35. “Dos 35 ao 40, ainda há chances de gravidez, mas a qualidade do óvulo já diminui bastante”, afirma. A partir dos 40, o médico não recomenda o congelamento de óvulos. Nesta faixa etária, além de a probabilidade de gravidez ser menor, há maiores riscos de o bebê ter alguma síndrome genética devido a alterações cromossômicas. [...] CHAGAS, Maria Eduarda. Especialistas tiram dúvidas sobre congelamento de óvulos. Estadão, 16 fev. 2016. Disponível em: <http://vida-estilo.estadao.com.br/noticias/comportamento,especialistas-tiram-duvidas-sobre-congelamento-de-ovulos,10000016040>. Acesso em: 12 maio 2016.

a ) Explique o termo destacado no texto. b ) Quais são os tipos de alterações cromossômicas? Como elas ocorrem?

10. O primeiro filho de um casal apresentou características associadas a uma determinada sín­ drome. Após uma série de exames, o médico geneticista conferiu o diagnóstico de que o bebê apresentava uma síndrome relacionada a uma trissomia. a ) O que é uma trissomia? Como ela é formada? b ) Que síndromes estudadas neste capítulo o filho desse casal pode apresentar?

11. (Furg-RS) Imagine que, num canil, existem cães amarelos e cães brancos, todos da mesma raça. Com relação ao comportamento, alguns destes cães são ferozes e outros são dóceis, independente da cor. Suponhamos que a genética destes cães seja conhecida e que o amarelo seja determinado por um gene dominante ligado ao cromossomo X, enquanto que o branco é determinado pelo seu alelo recessivo. O comportamento dócil é determinado por um gene autossômico dominante e o feroz, por seu alelo recessivo. Digamos que você receba a encomenda de um filhote macho branco e dócil. Se você tiver o cruzamento entre uma fêmea branca feroz com um macho amarelo e dócil, heterozigoto, a probabilidade de nascer um cão com o fenótipo encomendado será de: a ) 75%

b ) 50%

c ) 25%

d ) 0%

e ) 100%

12. (Udesc-SC) Um geneticista foi procurado por um casal que desejava ter filhos, mas estava preo­c upado com a possibilidade de vir a ter um filho com uma determinada doença que ocorria na família de ambos. Após analisar o caso, o geneticista pode determinar que é uma doença que está ligada ao sexo. Sabendo-se que tanto o homem como a mulher não pos­ suem a doença, mas que a mãe dela é heterozigota e o pai normal, a possibilidade deste casal vir a ter um descendente com a anomalia é de: a ) 50%

b ) 25%

c ) 12,5%

d ) 75%

e ) 33%

13. (UFRGS-RS) Uma mulher com cariótipo 47, XXX tem cariótipo anormal. Essa anomalia: a ) é uma triploidia. b ) é uma aneuploidia autossômica. c ) pode ter origem no gameta paterno. d ) caracteriza-se pela presença de um corpúsculo de Barr. e ) causa alterações somente em genes exclusivos do sexo feminino.

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Unidade 1

14. (Udesc­SC) A Figura 3 mostra uma genealogia hipotética na qual aparecem casos de hemo­ filia, doença relacionada a um gene recessivo.

Normal 2

1

Hemofílico

3

4

5

9

6

10

7

8

11

12

13

15

16

14

Guilherme Casagrandi

Normal

Analise as proposições abaixo. I ) A hemofilia é uma doença ligada ao cromossomo X, caracterizada por uma falha no sis­ tema de coagulação do sangue. II ) A mulher número 2 é portadora do alelo para a hemofilia, apresentando o genótipo X H X h. III ) O homem número 9 recebeu o alelo para a hemofilia de sua avó paterna. IV ) Sabendo­se que a mulher número 10 não é portadora do alelo da hemofilia, a probabi­ lidade de sua filha ter o genótipo X H X h é de 50%. V ) A probabilidade de a mulher número 16 ser portadora do alelo da hemofilia é de 50%. Assinale a alternativa correta. a ) Somente a afirmativa I é verdadeira. b ) Somente as afirmativas I, II, III e V são verdadeiras. c ) Somente as afirmativas I, II e V são verdadeiras. d ) Somente as afirmativas III e IV são verdadeiras. e ) Todas as afirmativas são verdadeiras.

15. (UEM­PR) Considerando as heranças ligadas ao sexo, assinale o que for correto. 01 ) Os cromossomos sexuais de indivíduos com síndrome de Klinefelter são XXY e daque­ les com síndrome de Turner são XO. 02 ) Um homem hemofílico casado com uma mulher normal homozigota terá 25% de proba­ bilidade de ter um descendente hemofílico. 04 ) A determinação do sexo, em todas as espécies animais, é definida pela constituição de um par de cromossomos sexuais, sendo que as fêmeas apresentam cromossomos XX e os machos, XY. 08 ) Uma mulher normal, cujo pai é daltônico, casada com um homem daltônico, apresenta 50% de probabilidade de ter um descendente com essa característica. 16 ) Genes com expressão limitada ao sexo são aqueles que, apesar de estarem presentes em ambos os sexos, só se expressam em um deles.

Refletindo sobre o capítulo

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Retome os questionamentos da página 68 e complemente­os se necessário. B Os cromossomos sexuais estão relacionados somente à determinação do sexo biológico?

Genética

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Trocando ideias

Aconselhamento genético

Leia e reflita sobre os relatos a seguir.

Relato 1 Depois de alguns anos casados, Pedro e Rebeca planejaram o primeiro filho. Realizaram exames de fertilidade e tudo estava certo. Então, Rebeca se lembrou de que, em sua família, existia um primo com uma síndrome genética. Muitas dúvidas tomaram a cabeça do casal. “Será que essa síndrome ocorreu ao acaso ou está presente nos genes da família?” “Temos chance de ter uma criança com essa síndrome?” “O que devemos fazer para saber?” Diante disso, o casal foi orientado pelo médico obstetra a procurar um serviço de aconselhamento genético. Após a realização de diversos exa­ mes, não foi diagnosticada em Rebeca a presença de alterações gênicas que se relacionassem à síndrome de seu primo. Os exames confirmaram que as alterações responsáveis pela síndrome ocorreram ao acaso e não eram herdadas. Assim, eles teriam as mesmas chances de qualquer outra pessoa de ter uma criança sem síndromes. Relato 2 Ao nascer, João Luiz parecia um bebê como os outros. Com o passar do tempo, ele não se desenvolveu como as demais crianças, não apren­ deu a falar e não conseguia se concentrar em nada ao seu redor. Após ser examinado por diversos especialistas, João foi identificado com uma sín­ drome derivada da não disjunção de um par de cromossomos que ocor­ reu na meiose, durante a formação dos gametas. Logo após a descoberta dessa síndrome, os pais e a família de João tiveram muitas dúvidas e medos, gerados pela falta de informação.

studiolaut/Shutterstock.com

“Quais são as consequências dessa síndrome? É possível atenuá-la? Se tivermos outra criança, ela também será portadora?” Procuraram, então, um serviço de acompanhamento genético, que prestou toda a assistência de que precisavam e, até hoje, acompanha constantemente o desenvolvimento de João. Atualmente, João é uma criança alegre, estuda, brinca e, apesar de suas limitações, consegue realizar praticamente todas as tarefas que lhe são atribuídas.

Apesar de os relatos acima serem fictícios, eles abordam situações comuns que ocorrem ou podem ocorrer em qualquer família. No entanto, os serviços prestados pelo aconselhamento genético não são tão comuns assim. Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), o aconselhamento genético tem por objetivo tornar as questões de ordem genética compreensíveis, visando prever ou identificar, com base nos antepassados de determinada família, genótipos que este­ jam relacionados a enfermidades ou defeitos congênitos, e suas possíveis prevenções ou atenuações. O relato 1, descrito acima, enfatiza o caráter retrospectivo do aconse­ lhamento genético, e o relato 2, o caráter prospectivo. O aconselhamento genético fornece um serviço assistencial e educativo, permitindo que a família portadora de algum gene alterado (pai, mãe ou outros parentes) possa tomar uma decisão consciente em relação a gerar ou não filhos biológicos, sem a exis­ tência de influências, além de orientar a família quanto à sua condição genética.

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Unidade 1

Alguns estudos indicam que a maioria das pessoas que possuem histórico familiar com alterações de ordem genética não conhece sua própria condição genética e mé­ dica, uma vez que, muitas vezes, não encontra profissionais especializados para a investigação correta dessas condições. Apesar disso, segundo a portaria 81/09 do Ministério da Saúde, o SUS (Sistema Único de Saúde) deve oferecer aconselhamento genético para as famílias, com o objetivo de reduzir o desgaste emocional e financei­ ro, pois algumas síndromes ou doenças congênitas demandam tratamentos caros. O aconselhamento genético é realizado por uma equipe multidisciplinar de profissio­ nais, com médicos de diferentes áreas, como geneticistas e obstetras, psicólogos, as­ sistentes sociais, fisioterapeutas, entre outros. Em suas respectivas áreas de atuação, esses profissionais têm por objetivo colaborar para: o aconselhamento do paciente quanto ao diagnóstico; a orientação nas condutas a serem adotadas; o esclarecimento sobre a influência e os riscos referentes à hereditariedade; as alternativas para esses riscos sempre respeitando a ética e a religiosidade das famílias ou envolvidos. Com os avanços proporcionados pelo sequenciamento do genoma humano e as no­ vas tecnologias disponíveis, o aconselhamento genético vem sendo indicado para a pre­ venção de diversas doenças. Leia a reportagem a seguir para compreendê­lo melhor.

Aconselhamento genético é nova ferramenta na prevenção de doenças Existem mais de 15 mil doenças de fundo genético. Com o avanço da tecnologia na decodificação do DNA humano, pessoas com histórico familiar de doenças como Alzheimer ou câncer ganharam uma ferramenta na prevenção de muitas daquelas patologias que não se manifestam logo na infância. É o aconselhamento genético. A especialidade busca não só identificar as possíveis doenças hereditárias como orientar a família diante de resultados. Segundo o oncogeneticista do Biocod Hermes Pardini, Henrique Galvão, o médico geneticista avalia desde anomalias genéticas, déficit intelectual, doenças crônicas multifatoriais até casais com problemas de infertilidade e aqueles que são parentes consanguíneos. “Podemos dizer que são medidas preventivas e de rastreabilidade. É a medicina atuando antes de o problema aparecer. E, por isso, a consideramos proativa, pois espera-se uma atitude do paciente em relação à própria saúde. E preventiva, pois permite modificar de alguma forma a predisposição para alguma patologia”, avalia. O erro mais comum de quem procura o médico é confundir teste genético com aconselhamento genético. “Não é raro pacientes chegarem ao meu consultório dizendo que vieram fazer um teste. Na verdade, o exame é apenas uma etapa do aconselhamento genético, que precede os exames. O teste é basicamente o sequenciamento do DNA. No aconselhamento, analisamos as informações para ver se há alguma alteração do padrão. Essa investigação tem enfoque maior em problemas mais prováveis para aquele paciente. Que vai de um câncer a distúrbios genéticos, erros inatos do metabolismo, alterações físicas como cardiopatias congênitas e muitas outras ”, detalha. [...] SIQUEIRA, Humberto. Aconselhamento genético é nova ferramenta na prevenção de doenças. O Estado de Minas. Belo Horizonte, 16 jun. 2013. Disponível em: <www.em.com.br/app/noticia/gerais/2013/06/16/interna_gerais,406385/aconselhamento­genetico­e­ nova­ferramenta­na­prevencao­de­doencas.shtml>. Acesso em: 12 maio 2016.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor. Phonlamai Photo/ Shutterstock.com

a ) Em sua opinião, o aconselhamento genético é importante? Justifique. b ) Para você, o aconselhamento genético deve ser realizado somente por pessoas que tenham histórico de doenças genéticas na família? Converse sobre isso com seus colegas. Genética

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CDC/SPL/Latinstock

*Para mais informações a respeito dessas doenças, visite o site: <http://tub. im/7rkzmu>. Acesso em: 16 maio 2016.

Ser vivo adulto Aedes aegypti: pode atingir menos de 1 cm de comprimento.

A) A modificação genética apresentada visa impedir o desenvolvimento de formas adultas do mosquito, causando a morte de suas larvas. Isso interfere diretamente na ocorrência da reprodução e, consequentemente, no tamanho populacional.

Código genético e biotecnologia

Atualmente, um dos principais problemas de saúde pública no Brasil envolve o mosquito Aedes aegypti, que é responsável pela transmissão da dengue, da chikungunya e da zika.* Diversas medidas têm sido adotadas por parte do governo e da população visando reduzir a quantidade de insetos vetores e, consequentemente, o número de casos dessas doenças.

Somma Studio

capítulo

Mosquito Aedes aegypti adulto se alimentando de sangue humano.

Alguns dos métodos que podem ser usados para controlar as populações de A. aegypti envolvem o uso da biotecnologia. Os machos Representação do ciclo de vida do A. aegypti. desse inseto são modificados geneticamente por meio da inserção de genes que interrompem o ciclo reprodutivo do mosquito. Ao se reproduzir com fêmeas Ilustração produzida com base em: Ciclo da dengue. Portal selvagens no ambiente, os genes implantados nos machos são transferidos para a Brasil. Disponível em: <www. brasil.gov.br/saude/2010/03/ prole, que morre precocemente, em geral no estágio de larva, impedindo a continuiciclo_da_dengue/view>. Acesso em: 26 maio 2016. dade da reprodução.

C) O controle populacional do mosquito pode ser feito por meio de medidas que eliminem os locais usados para reprodução da espécie. Para isso, deve-se eliminar qualquer local com água parada, fechar caixas-d’água, fazer vistorias permanentes no quintal para evitar acúmulo de água, entre outras atitudes.

Alguns testes mostraram certa eficácia da técnica, mas ainda são necessários mais estudos. Assim, a prevenção continua sendo a melhor forma de controle das populações desse mosquito. B) O “X” representado no ciclo de vida corresponde à fase desse ciclo que é afetada pela modificação genética. Os indivíduos que portam o gene modificado, geralmente, não passam da fase de larva para pupa.

A

Como a modificação genética apresentada no texto acima pode interferir no tamanho populacional de A. aegypti?

B

Relacione o texto acima com o “X” representado no ciclo de vida de A. aegypti.

C

Que medidas auxiliam no controle das populações de A. aegypti?

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Após os experimentos realizados por Gregor Johann Mendel (1822-1884), diversos estudos foram conduzidos, entre eles, o que permitiu a identificação do material genético das células responsável pela transmissão das características hereditárias – o DNA.

*O DNA também pode ser encontrado em algumas organelas, como mitocôndrias e cloroplastos.

O DNA ou ácido desoxirribonucleico é encontrado principalmente no núcleo das células eucarióticas* e em quase todos os organismos, exceto em certos vírus formados apenas por RNA. Trata-se de uma molécula que carrega a informação genética responsável pelas características dos organismos vivos.

**Essa imagem permitiu afirmar que o DNA é uma molécula longa e fina, composta de duas partes similares e paralelas umas às outras, formando uma estrutura helicoidal.

SPL/Latinstock

O DNA é uma molécula formada pela ligação de diversos nucleotídeos. Cada nucleotídeo, também chamado desoxirribonucleotídeo, é composto de três porções: fosfato, desoxirribose (um açúcar formado por cinco carbonos, ou seja, uma pentose) e uma base nitrogenada. As bases nitrogenadas podem ser de dois tipos: purinas – adenina (A) e guanina (G), ou pirimidinas – citosina (C) e timina (T).

Somma Studio

Representação de um nucleotídeo.

fosfato

Imagem do DNA obtida por Rosalind Franklin pela técnica de difração de raios-X, que auxiliou na determinação da estrutura tridimensional do DNA.

base nitrogenada pentose

Somma Studio

Baseando-se nas informações químicas dessa molécula e na análise da imagem de DNA** obtida pela física britânica Rosalind Franklin (1920-1958), o biólogo estadunidense James Watson (1928-) e o físico britânico Francis Crick (1916-2004) deduziram, em 1953, a estrutura tridimensional do DNA. Eles concluíram que essa molécula era formada por duas cadeias ou fitas paralelas de nucleotídeos em espiral, na forma de dupla hélice.

Ilustração produzida com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 230, 232.

Na organização em dupla hélice, os nucleotídeos de cada filamento se unem uns aos outros por meio de ligações fosfodiéster entre a pentose de um nucleotídeo e o fosfato de outro. As bases nitrogenadas são voltadas para o interior da estrutura e se ligam umas às outras de modo complementar, sempre formando pares de citosina com guanina (C – G) e de timina com adenina (A – T), por meio de ligações de hidrogênio. Assim, vemos que os filamentos da molécula de DNA são complementares entre si, ou seja, na mesma posição ocupada por uma citosina em um filamento se encontra uma guanina no outro; o mesmo ocorre entre os pares de adenina e guanina. A citosina e a guanina se unem por meio de três ligações de hidrogênio, enquanto a timina e a adenina se unem por meio de duas ligações.

filamentos

ligação de hidrogênio

ligações fosfodiéster

fosfato

bases nitrogenadas

pentose

Representação da estrutura em dupla hélice da molécula de DNA.

Genética

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Unidade 1

DNA

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Replicação *O tempo de duração da replicação é extremamente variável entre os organismos e entre as células. A replicação de E. coli, por exemplo, pode levar entre 20 e 40 minutos; em leveduras pouco mais de 1 hora; em células animais, até 24 horas, podendo chegar a até 200 horas em algumas células.

Quando uma célula realiza a mitose ou a meiose, é necessário que ocorra a duplicação do material genético. Assim, a transmissão do material genético entre uma célula e outra e, consequentemente, entre organismos, é baseada na capacidade de a molécula de DNA ser replicada ou duplicada. O processo de replicação é mediado por uma série de proteínas, das quais merece destaque a enzima DNA polimerase. Ela é responsável pela síntese da nova fita de DNA a partir da cadeia inicial, chamada cadeia ou fita molde. Veja, a seguir, um esquema simplificado da replicação do DNA.

Representação da replicação do DNA 1

2

3

Enzimas de replicação rompem as ligações de hidrogênio existentes entre as bases nitrogenadas dos filamentos, provocando a abertura da dupla fita de DNA e a exposição dos pares de bases localizados no interior das fitas.

DNA original Ilustração produzida com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 234.

Cada filamento de DNA serve de molde para a formação de uma nova molécula. Assim, nucleotídeos encontrados livres na célula são adicionados à fita molde, obedecendo a complementariedade das bases nitrogenadas A – T e C – G. Formam-se as ligações fosfodiéster entre os nucleotídeos e ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, resultando na formação de dois filamentos de DNA idênticos entre si e à molécula de DNA original.*

Ilustração produzida com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 256.

ligações de hidrogênio

1

2

fita molde

3

DNA recém-sintetizado

fita recém-sintetizada

Cada molécula de DNA formada na replicação contém uma cadeia da molécula original, que serviu de molde durante a replicação, e uma cadeia recém-sintetizada. Por isso, diz-se que a replicação é semiconservativa, ou seja, conserva apenas metade da molécula de DNA original. Apesar de a replicação ser um processo bastante preciso,** é possível que ocorram erros de pareamento de nucleotídeos. Esses erros são corrigidos por mecanismos de revisão que percorrem o trecho de DNA recém-formado, fazendo as substituições necessárias. **Geralmente se observa apenas um erro presente em cada bilhão de pares de bases após a replicação. 1. Qual é a importância da alta precisão do processo de replicação do DNA? A alta precisão desse processo é essencial para manter as alterações em níveis toleráveis, auxiliando na conservação da informação genética ao longo das gerações.

Ilustrações: Somma Studio

RNA

Representação de uma molécula de RNA.

O RNA ou ácido ribonucleico é encontrado tanto no núcleo quanto no citoplasma de todos os organismos. Ele é essencial no processo de síntese proteica, e também participa de outras funções, inclusive, como catalisador de algumas reações biológicas. O RNA é formado por uma cadeia única de ribonucleotídeos (nucleotídeos + ribose) unidos por ligações fosfodiéster. Dessa maneira, esse ácido nucleico é constituído por uma fita simples. Diferentemente do DNA, os ribonucleotídeos possuem o açúcar ribose e a base nitrogenada uracila identificada pela letra U, em vez de timina.

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Resumo da síntese proteica DNA

De maneira geral, a síntese proteica envolve diversas etapas agrupadas em dois processos principais: a transcrição e a tradução. A partir de agora, vamos estudar estes processos e suas etapas.

Transcrição

transcrição

RNA

A transcrição consiste em converter a informação contida na molécula de DNA em uma molécula de RNA. Assim, o processo de transcrição envolve a formação de uma molécula de RNA complementar à cadeia molde do DNA. Este processo é mediado por enzimas chamadas de RNA polimerases, e pode ser dividido em iniciação, alongamento e término.

A fase de iniciação envolve o reconhecimento e a ligação da RNA polimerase a uma sequência de nucleotídeos específica do DNA, que corresponde ao promotor do gene. A região promotora está localizada próximo ao ponto de início da transcrição de um gene. Após essa ligação, a RNA polimerase separa a dupla fita do DNA, rompendo ligações de hidrogênio. Uma das fitas de DNA é usada como molde para a produção do RNA, enquanto a outra fita permanece inativa.

PROTEÍNA

promotor

RNA polimerase

fita molde de DNA

A RNA polimerase orienta a inserção de ribonucleotídeos complementares à fita molde de DNA. Essa enzima se move sobre a fita molde, promovendo o alongamento da fita de RNA pela adição sucessiva de nucleotídeos, que se ligam uns aos outros por meio de ligações fosfodiéster. A RNA polimerase incorpora o nucleotídeo uracila (U) no lugar da timina (T). Dessa maneira, a ligação A – T é trocada pela ligação A –U. O alongamento continua até que a RNA polimerase encontre um sinal de término, ou seja, uma sequência de nucleotídeos que promove o desligamento da RNA polimerase e a liberação do RNA recém-sintetizado, chamado transcrito primário ou pré-RNA. A região de término, normalmente, envolve sequências específicas. Após a liberação da molécula de RNA, a fita-molde de DNA se religa à sua fita complementar não molde, restabelecendo a integridade da molécula de DNA.

tradução

RNA ribonucleotídeos livres

sinal de término

RNA recém-sintetizado Ilustrações produzidas com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 260.

Como resultado da transcrição, há a formação de uma cadeia de RNA com sequência de nucleotídeos similar ao filamento não molde de DNA ou filamento codificante. O processo de transcrição em procariontes e eucariontes possui a mesma base. Porém, em eucariontes, devido à organização do genoma e à participação de uma maior variedade de enzimas e moléculas, esse processo é mais complexo. O gene é um segmento de DNA, considerado a unidade básica e fundamental da hereditariedade, que ocupa um lugar específico no cromossomo chamado lócus,* e é responsável por orientar a formação de um produto funcional na célula, como uma proteína ou RNA. Essa definição de gene é baseada em conceitos da genética molecular clássica. Ao longo deste capítulo, retomaremos essa definição.

Ilustrações produzidas com base em: CAMPBELL, N. A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 320-321.

cromossomo gene

Representação de um gene em um cromossomo.

Genética

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Ilustrações: Somma Studio

Processo de transcrição do DNA

*O plural de lócus é loci.

Unidade 1

Síntese proteica As proteínas exercem um papel central nos organismos. Elas participam tanto de funções estruturais quanto de processos fisiológicos. A informação para a produção das proteínas se encontra no DNA, mais especificamente nos genes.

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*Veja informações a respeito de outro tipo de RNA nas Orientações para o professor. **O RNAr e o RNAt são também conhecidos como RNA funcionais, pois não codificam a informação para fazer proteínas. ***Veja mais informações sobre outra alteração pós-transcricional sofrida pela molécula de RNA nas Orientações para o professor.

Tipos de RNA O RNA pode se apresentar sob diferentes tipos, entre os quais os mais intimamente relacionados à síntese proteica são o RNA mensageiro (RNAm ou mRNA), o RNA transportador (RNAt) e o RNA ribossômico (RNAr).* O RNAm atua como uma molécula intermediária, pois contém a informação necessária para a produção da proteína e, portanto, será utilizado como molde. O RNAt é responsável por levar os aminoácidos ao ribossomo durante a produção da proteína. Já o RNAr é o principal componente estrutural dos ribossomos, maquinários celulares onde se associam o RNAm e o RNAt para a síntese do polipeptídeo.**

Recomposição do RNA

DNA gene transcrição

recomposição

pré-RNAm

O RNA recém-sintetizado é chamado de pré-RNAm. Essa molécula se encontra no núcleo das células, e precisa passar por uma série de alterações antes de ser transferida para o citoplasma. Uma dessas alterações está relacionada à própria natureza do DNA dos eucariontes, que possui regiões que codificam proteínas, chamadas éxons, intercaladas por regiões não codificantes chamadas íntrons. Dessa maneira, para que posteriormente ocorra a síntese correta das proteínas, o RNAm que servirá de molde deve conter apenas as sequências codificantes, isto é, os éxons. exclusão de íntrons

união de éxons RNAm

íntron éxon

O processo pelo qual os íntrons são retirados do pré-RNAm é chamado de recomposição ou splicing, e ocorre nos eucariontes. Nos procariontes, como as bactérias, é rara a presença de íntrons. Dessa maneira, o RNAm nesses organismos geralmente não sofre splicing.

Representação do processo de splicing do pré-RNAm no núcleo.

Outro tipo de alteração que pode acontecer no transcrito primário é a recomposição alternativa ou splicing alternativo. Nesse processo, uma única molécula de pré-RNAm pode ser editada de diferentes maneiras, resultando em combinações variadas de éxons, que se refletem na formação de diferentes tipos de RNAm. Assim, um único gene pode codificar a informação para mais de um tipo de proteína. Ilustrações produzidas com base em: SNUSTAD, D. P.; SIMMONS, M. J. Fundamentos de Genética. 4. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 310.

OU DNA Il u

str

açõ e

genes

s : G uil h

er me C as ag r a

Representação do processo de splicing alternativo do pré-RNAm no núcleo.

pré-RNAm

n di

recomposição 1 íntron

recomposição 2

genes RNAm 1

RNAm 2

O splicing alternativo é raro em plantas, sendo comum no ser humano, com mais de 70% dos genes sendo alternativamente recompostos. As proteínas produzidas por recomposição de um pré-RNA geralmente são relacionadas, usadas em diferentes tipos de células e em diferentes fases do desenvolvimento. Após essas alterações, a molécula de RNAm se encontra ativa e pode ser transferida ao citoplasma.***

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Nos eucariontes, após a transcrição do DNA e as modificações no transcrito, a molécula de RNAm é transferida do núcleo para o citoplasma, onde orientará a síntese proteica. A tradução consiste em converter a sequência de nucleotídeos codificada no RNAm em uma sequência específica de aminoácidos para formar uma proteína. Antes de estudar o processo de tradução, vamos conhecer o código genético.

*Auxilie os alunos na interpretação do quadro do código genético. A primeira, a segunda e a terceira letras se referem à sequência de letras em uma trinca ou códon.

Unidade 1

Tradução

Decifrando o código genético Uma proteína ou polipeptídeo é formada por uma sequência específica de aminoácidos ligados entre si por meio de ligações peptídicas. Essa sequência de aminoácidos é determinada pela sequência de nucleotídeos de um gene, e as bases nitrogenadas desses nucleotídeos são identificadas por letras. Ou seja, a sequência de bases nitrogenadas do DNA atua como um código genético, como uma sequência de aminoácidos durante a tradução. A leitura do código genético é feita a partir de uma sequência de três bases nitrogenadas consecutivas chamadas códon. Cada códon especifica um tipo de aminoácido. Dessa maneira, a sequência específica de códons presentes em um gene codifica uma sequência específica de aminoácidos, que formarão uma proteína específica, um “produto gênico”. O código genético é considerado redundante, pois um aminoácido pode ser especificado por mais de um tipo de códon. Além disso, no código genético, existem códons que não especificam nenhum aminoácido. Esses códons são chamados códons de fim ou códons sem sentido, pois, além de não designar nenhum aminoácido, sinalizam que a proteína está completa, como veremos mais adiante.

2. Quantos e quais são os códons da sequência AUUGCUCAG, traduzida da esquerda para a direita? Essa sequência possui três códons, AUU, GCU e CAG.

O código genético é formado por 64 códons diferentes, os quais especificam 20 tipos de aminoácidos que podem ser combinados de várias maneiras para formar peptídeos diferentes. Observe, a seguir, um quadro representativo do código genético dos seres vivos, com todos os possíveis códons e os aminoácidos que eles especificam.* Segunda letra

Primeira letra

U

C

A

G

UUU UUC

Fen

UUA UUG

Leu

CUU CUC CUA CUG

Leu

AUU AUC AUA

Ile

AUG

Met

GUU GUC GUA GUG

Val

UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG

A

Ser

UAU UAC

Tir

UGU UGC

Cis

UAA

Fim

UGA

Fim

UAG

Fim

UGG

Trp

CAU Pro

CAC CAA CAG AAU

Tre

AAC AAA AAG GAU

Ala

GAC GAA GAG

Códon de iniciação da tradução Ala – alanina Arg – arginina Asn – asparagina Asp – aspartato

Cis – cisteína Fen – fenilalanina Gli – glicina Glu – glutamato

G

Arg

Asn

AGU AGC

Ser

Lis

AGA AGG

Arg

Gln

Asp Glu

GGU GGC GGA GGG

C A

Os códons AUU, GCU e CAG especificam os aminoácidos isoleucina, alanina e glutamina, respectivamente.

G U

CGU CGC CGA CGG

His

U

C A G U C

Terceira letra

C

U

3. Quais são os aminoácidos especificados pelos códons da questão 2?

A G U

Gli

C A G

O código genético é considerado universal, pois praticamente todos os seres vivos usam esse mesmo tipo de código para produzir proteínas no organismo.

Códon de término da tradução Gln – glutamina His – histidina Ile – isoleucina Leu – leucina

Lis – lisina Met – metionina Pro – prolina Ser – serina

Tir – tirosina Tre – treonina Trp – triptofano Val – valina

Genética

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91

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4. Que característica da célula procariótica permite a ocorrência de transcrição e tradução no mesmo espaço físico? A inexistência de uma membrana nuclear que limite uma região de núcleo e citoplasma e separe o DNA dos ribossomos.

O processo de tradução Durante o processo de tradução, o RNAm é traduzido nas organelas chamadas ribossomos, os quais são formados por proteínas e RNAr, organizados em duas subunidades, uma maior e outra menor. Além dos ribossomos, a síntese proteica envolve o RNAm, que atua como molde desse processo, e o RNAt, que atua como um adaptador entre o códon do RNAm e seu aminoácido específico. O RNAt é altamente específico em relação ao aminoácido que transporta até o ribossomo. Sua molécula possui dois sítios de ligação, sendo um deles o anticódon, formado por uma trinca de nucleotídeos que é complementar ao códon para o aminoácido que o RNAm especifica. Outro sítio de ligação é a região que está unida ao aminoácido. Durante a tradução, o códon do RNAm e o anticódon do RNAt se ligam por complementariedade de bases nitrogenadas, garantindo que o aminoácido correto seja adicionado à cadeia polipeptídica em produção. Cada aminoácido possui um tipo específico de RNAt, ao qual enzimas adicionam o aminoácido correto, no sítio de ligação do RNAt. A tradução pode ser dividida em três fases: iniciação, alongamento e término. Ilustração produzida com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 289-291.

Met

A iniciação da tradução ocorre quando a subunidade menor do ribossomo se liga ao RNAm, próximo ao códon de iniciação AUG. Um tipo específico de RNAt insere a metionina (Met), o primeiro aminoácido de uma cadeia polipeptídica. Em seguida, a subunidade maior se associa à menor para formar o ribossomo completo. Inicia-se, então, o processo de alongamento para a formação da cadeia polipeptídica. Após a inserção da metionina, um segundo códon é posicionado no sítio A do ribossomo, orientando a entrada de um segundo RNAt carregado com aminoácido. Após o pareamento de códon e anticódon, ocorre a ligação peptídica do segundo aminoácido à metionina presente no sítio P, enquanto o RNAt de iniciação é liberado do ribossomo no sítio E. À medida que o ribossomo se move sobre a fita de RNAm, novos códons são posicionados no sítio A, orientando a inserção de aminoácidos específicos à cadeia polipeptídica. Assim, os aminoácidos são adicionados um de cada vez, por leitura de códons sucessivos do RNAm. O término da síntese proteica ocorre quando um códon de término ou fim é posicionado no sítio A do ribossomo. Esse códon não é reconhecido por nenhum RNAt, mas por proteínas de liberação que finalizam a síntese proteica, promovendo a liberação do polipeptídeo recém-sintetizado no sítio P. Após a liberação da proteína, o ribossomo se dissocia e a metionina adicionada no início da tradução pode ser mantida na proteína ou degradada.

subunidade maior

ribossomo

anticódon

RNAt C

RNAm

UA

códon de iniciação

UAC

AUG

AUG

subunidade menor

subunidade menor

E

P

A

proteína de liberação

polipeptídeo Guilherme Casagrandi

Processo de tradução

UAA

códon de término

A síntese proteica pode ocorrer em ribossomos isolados ou em polirribossomos,* onde diversos ribossomos traduzem simultaneamente uma única molécula de RNAm.

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*Os ribossomos e polirribossomos foram abordados mais detalhadamente no volume de 1o ano desta coleção. Retome o assunto com os alunos, caso necessário.

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Unidade 1

Variedade de proteínas

O dobramento da proteína é a modificação mais importante, pois interfere diretamente no papel desempenhado por essas moléculas no organismo. Isso acontece porque o dobramento transforma as proteínas lineares recém-traduzidas em moléculas tridimensionais, capazes de exercer sua função, ou seja, em conformação nativa. Após serem modificadas, as proteínas podem permanecer no citoplasma ou serem direcionadas a outros locais da célula, como ao núcleo, às organelas ou à membrana plasmática.

Somma Studio

Além da recomposição alternativa dos transcritos primários, que permite um único gene codificar mais de uma proteína, a grande diversidade proteica se deve também a modificações pós-traducionais. Quando liberadas dos ribossomos ou polirribossomos, geralmente, as proteínas se apresentam inativas. Para que elas possam exercer suas funções biológicas, são necessárias algumas modificações que incluem dobramentos da molécula e adição de fosfato ou de outras proteínas.

Representação do processo de dobramento de uma proteína.

Assim, na maioria dos organismos, o fluxo de informação obedece à seguinte ordem: DNA RNA proteína, no chamado “dogma central da biologia molecular”. No entanto, em organismos que possuem apenas RNA como material genético, a informação contida na molécula de RNA deve ser primeiramente transcrita em uma molécula de DNA, por ação da enzima transcriptase reversa, para depois sofrer a transcrição e a tradução. Dessa forma, nesses organismos, o fluxo de informação genética obedece à seguinte ordem: RNA DNA RNA proteína.

Mutações gênicas O DNA é a única molécula que o organismo repara em vez de substituir. Isso ocorre porque as células apresentam uma variedade de mecanismos de reparo, como as polimerases, que visam identificar e corrigir erros na sequência de nucleotídeos do material genético. No entanto, é possível que algumas alterações nessas sequências não sejam reparadas, modificando a informação genética dos genes. Essas alterações nas sequências de nucleotídeos de um gene são chamadas mutações gênicas. Essas mutações são aleatórias e podem ser espontâneas ou induzidas. As mutações espontâneas são aquelas de ocorrência natural e que podem ser causadas por erros de replicação, por exemplo. Já as mutações induzidas são aquelas que ocorrem por ação de agentes ambientais, físicos ou químicos, capazes de induzir mutações no organismo. Esses agentes, chamados mutágenos ou agentes mutagênicos, incluem a luz ultravioleta, a radiação ionizante,* certas substâncias químicas, entre outros. O organismo que apresenta um novo fenótipo resultante de uma mutação é chamado mutante. As alterações do material genético ocorrem por meio de uma variedade de mecanismos, tais como a inserção, a deleção ou a substituição de nucleotídeos, por exemplo. As mutações são bastante variadas e podem ou não produzir efeitos no organismo. Aquelas que não produzem efeitos são denominadas mutações sinônimas ou silenciosas, cuja alteração do nucleotídeo não interfere no tipo de aminoácido que o códon especifica. Ou seja, o códon mutante especifica o mesmo aminoácido do códon original. Há, no entanto, aquelas que causam efeitos no organismo, os quais podem ser benéficos capaz de transformar átomos e moléculas em íons, ou maléficos ao ser vivo. *Radiação ou seja, eletricamente carregados.

Ilustração produzida com base em: NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. p. 92.

5. Esses mecanismos evitam o acúmulo de mutações no material genético, auxiliando na manutenção da integridade da informação genética. 6. Quando as alterações de nucleotídeos ocorrerem em células germinativas. 7. A redundância do código genético, que possibilita que um aminoácido seja especificado por mais de um tipo de códon. 5. Qual é a importância dos mecanismos de reparo do DNA? 6. Quando uma mutação pode ser transferida para a prole? 7. Que característica do código genético permite a ocorrência das mutações sinônimas?

Genética

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Conceito de gene Assim como outras áreas da Biologia, a Genética está em constante modificação e, atualmente, as novas descobertas da área da Biologia Molecular tornaram necessária a revisão do conceito de gene. Segundo o conceito molecular clássico, do início do século XX, gene é um segmento de DNA, ou pares de nucleotídeos, que codificam um produto funcional, como uma proteína ou RNA. No entanto, descobertas das últimas décadas, como a existência dos íntrons e a ocorrência de splicing e splicing alternativo, demonstram que nem toda sequência de nucleotídeos do DNA especifica uma proteína. Essa sequência não é a única responsável pelo tipo de polipeptídeo resultante. Assim, a definição clássica de gene desconsidera várias informações sobre o fluxo de informação nas células. Na molécula de DNA que constitui um cromossomo, a sequência de um gene não começa imediatamente onde termina o gene anterior. Existem sequências de nucleotídeos entre um gene e outro, chamadas de regiões intergênicas, as quais não codificam proteínas. Entretanto, essas regiões podem apresentar função regulatória, ativando ou reprimindo o início da transcrição de um determinado gene. Em virtude da importância dessas regiões intergênicas, é incoerente associar a funcionalidade do DNA apenas às regiões codificantes. As propostas atuais para a definição de gene são bastante variadas, incluindo as que mostram que o gene está mais intimamente associado ao RNA do que ao DNA propriamente dito. Sobre essa diversidade, leia o trecho do texto abaixo.

[…] O termo “gene” é hoje usado na pesquisa genética não mais para referir-se a uma única entidade, mas como uma palavra de grande plasticidade, definida pelo contexto experimental em que é usada. […] Uma série de descobertas sobre os genes e os processos de expressão gênica dificulta a interpretação do gene como uma unidade de estrutura e/ou função. Frente à complexidade do genoma e da maquinaria celular, a proposta de uma relação 1 : 1 : 1 entre um gene, um produto proteico e uma função mostra-se insustentável. É evidente, assim, que essas descobertas representam desafios ao conceito molecular clássico. […] Podemos encontrar nas várias reações à crise do conceito de gene uma convergência para a ideia de que os genes não se encontram no DNA, mas são construídos pela célula a partir de sequências de DNA. […] Nestes termos, os genes seriam encontrados em mRNAs [RNAm] maduros, processados, em vez de estarem presentes no DNA. […] […] Uma definição de gene não precisa ser inteiramente geral para ser útil. Em ciências tão diversificadas, tais como a Genética e a Biologia Molecular, que abrangem uma diversidade de campos de investigação, parece razoável pensar que uma variedade de modelos e definições de genes, com domínios bem delimitados de aplicação, pode dar conta de maneira mais apropriada das tarefas epistêmicas levadas a cabo pelos pesquisadores, do que uma definição ou modelo universal. […] Da

JOAQUIM, L. M.; EL-HANI, C. N. A genética em transformação: crise e revisão do conceito de gene. Scientiae Studia, São Paulo, v. 8, n. 1, 2010. p. 93-128.

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Epistêmico: relativo a um conjunto de conhecimentos que busca fundamentos científicos, em contradição à inconsistência de opiniões infundadas.

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Unidade 1

Introdução à biotecnologia A biotecnologia se caracteriza pelo uso da tecnologia em sistemas biológicos, como organismos vivos ou seus derivados, visando modificar ou desenvolver processos e produtos variados para uma utilização específica nas áreas da saúde, ambiente, indústria, alimentos, entre outras. O termo biotecnologia foi usado pela primeira vez em 1919, pelo engenheiro húngaro Karl Ereky (1878-1952). No entanto, sua definição oficial ocorreu apenas em 1992 na Convenção sobre Biodiversidade Biológica. F. JIMENEZ MECA/Shutterstock.com

A biotecnologia é uma das práticas mais antigas da humanidade. Os antigos egípcios, por exemplo, faziam uso dessa tecnologia no processo de fabricação de pães, queijos e vinhos, por meio da fermentação. Também nos primórdios da agricultura e da pecuária, o ser humano utilizou essa técnica para iniciar o processo de seleção de plantas e animais que melhor atendesse aos seus interesses.

Pães e queijos são produzidos há mais de 8 mil anos. Eles são exemplos do uso da biotecnologia.

Por atuar em nível molecular, a biotecnologia ultrapassa as barreiras impostas pela especiação. Isso acontece porque, mesmo sem a possibilidade de ocorrer reprodução natural, o material genético de diferentes espécies e grupos de seres vivos pode ser combinado por meio de técnicas biotecnológicas. Assim, a biotecnologia pode promover alterações nos sistemas biológicos que não seriam observadas naturalmente no ambiente. A identificação do DNA como molécula portadora das informações genéticas aliada à descoberta de sua estrutura, em 1953, proporcionou um grande avanço no processo de manipulação do DNA. A técnica do DNA recombinante, característica da biotecnologia moderna, viabilizou um enorme progresso científico e será abordada ainda neste capítulo. Um exemplo que pode ser citado é o da insulina humana recombinante, considerada o primeiro produto biotecnológico, que foi produzida em 1978 utilizando-se uma bactéria geneticamente modificada. Com os avanços tecnológicos, a biotecnologia possibilitou também o desenvolvimento de vacinas, medicamentos, diagnósticos e tratamentos de doenças, entre outros. No Brasil, os trabalhos de melhoramento genético de espécies cultivadas (café e milho, por exemplo) se iniciaram na década de 1930. Apesar disso, foi a partir do estabelecimento das bases da biotecnologia molecular atual nacional, na metade da década de 1970, que muitos avanços foram conquistados nas pesquisas agropecuárias, com a disponibilidade de técnicas de Engenharia Genética.

Engenharia Genética A Engenharia Genética é um conjunto de tecnologias que permitem a manipulação precisa do material genético, assim como a transferência de um gene de um organismo para outro. Entre as tecnologias utilizadas na Engenharia Genética, estão as que envolvem a construção de novas moléculas de DNA. Vamos estudar alguns assuntos envolvidos com a Engenharia Genética, entre eles a técnica do DNA recombinante e os organismos geneticamente modificados (OGM). Genética

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*Se necessário, informe aos alunos que o plasmídeo é uma pequena molécula de DNA circular das bactérias que se replica independentemente do cromossomo bacteriano. Já o bacteriófago é um tipo de vírus que invade bactérias.

DNA recombinante A Engenharia Genética tornou possível o desenvolvimento da técnica do DNA recombinante, que consiste simplesmente em combinar sequências de nucleotídeos derivadas de diferentes fontes para formar um DNA recombinante, ou seja, uma nova molécula de DNA. Para isso, podem ser utilizadas sequências de DNA com genes de indivíduos da mesma espécie ou ainda de diferentes espécies. Para se formar um DNA recombinante é necessário, portanto, sequências de origens diferentes, chamadas de DNA doador e de DNA acessório ou vetor. Por exemplo, o DNA doador é de onde se isola o gene de interesse. Já o vetor é, geralmente, uma molécula pequena com capacidade de replicação em células vivas, como um plasmídeo ou um bacteriófago,* nos quais o gene de interesse será inserido.

Representação da formação do DNA recombinante I

II

III

Inicialmente, tanto o DNA doador quanto o vetor são tratados com enzimas de restrição, um tipo de enzima que promove cortes nas moléculas de DNA em locais específicos, chamados ** Como resultado, sítio de restrição. formam-se pequenos fragmentos de DNA doador e de DNA vetor.

DNA vetor sítios de restrição

I

II

Em geral, por serem tratados com a mesma enzima de restrição, o DNA doador e o DNA vetor possuem pontas adesivas complementares. Assim, quando misturados, e sob condições adequadas, cada fragmento de DNA doador se funde por complementariedade de bases com um vetor, na chamada hibridação, formando o DNA recombinante. Essas moléculas são então tratadas com a enzima DNA ligase, que cria ligações fosfodiéster nos pontos de junção do DNA doador com o vetor.

TT A A

DNA doador

ponta adesiva A AT T

A A T T

A AT T

T TA A

T TA A

A AT T T TA A

hibridização AA T T

**Qualquer molécula de DNA, independentemente do tipo de organismo, possui sítios-alvo de enzimas de restrição. Essa propriedade é uma das características principais que tornam as enzimas de restrição adequadas para a manipulação de DNA.

TT AA T AA

T

TT

A A

DNA ligase AA T T

TT A A

III

T AA

T

TT

A A

DNA recombinante

Ilustrações produzidas com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 612.

A molécula de DNA recombinante deve ser amplificada, de maneira que o gene de interesse tenha cópias suficientes para serem analisadas posteriormente. Um método para aumentar o número dessas moléculas é sua inserção em uma bactéria por um método chamado de transformação celular ou transformação bacteriana. Observe no esquema a seguir.

Inserção do DNA recombinante pela técnica de transformação celular

A molécula de DNA recombinante com o gene de interesse é inserida no interior de uma célula bacteriana previamente preparada.

A molécula de DNA recombinante é replicada juntamente com o DNA da bactéria. Após diversas divisões celulares, são formadas bilhões de cópias do gene de interesse. Esse processo também é chamado clonagem de DNA.

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

Ilustrações produzidas com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 613.

1

DNA recombinante

96

célula bacteriana

clonagem do DNA ***

***Normalmente, a clonagem do DNA é realizada por dois métodos: in vivo, como descrito no esquema, e in vitro, utilizando a reação da cadeia de polimerase (PCR).

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Unidade 1

Biologia e Tecnologia

Eletroforese

A eletroforese é um método de separação de moléculas eletricamente carregadas que migram ao longo de uma matriz por indução de um campo elétrico. A técnica da eletroforese é muito utilizada em laboratórios para separar moléculas de proteínas e fragmentos de DNA, possibilitando sua análise. Mas qual é o objetivo de separar fragmentos de DNA? Ao quebrar o DNA de um indivíduo com uma enzima de restrição, diversos fragmentos de tamanhos diferentes são formados. O padrão de tamanhos desses fragmentos é exclusivo para cada pessoa, mas é extremamente similar entre pais e filhos. Dessa maneira, a análise comparativa entre dois padrões pode identificar a paternidade, a maternidade ou, em casos de investigação, determinar se o investigado estava presente no local onde a amostra analisada foi encontrada. Mas o padrão de fragmentos de DNA não pode ser visto, até que se realize a eletroforese. Veja, a seguir, um esquema dessa técnica.

Representação de separação de fragmentos de DNA por eletroforese em gel

II

Os fragmentos de DNA gerados pela enzima de restrição são depositados sobre uma matriz de gel, em um pequeno orifício chamado de poço. Ao nível molecular, esse gel forma uma rede microscópica de poros. Esse gel se encontra no interior de uma cuba, preenchida com uma solução que permite a passagem de uma corrente elétrica. A corrente elétrica é gerada por uma fonte, que possui um eletrodo negativo, fixado na extremidade da cuba próxima ao poço, e um eletrodo positivo na outra extremidade da cuba. Como as moléculas de DNA possuem carga negativa, ao ligar a fonte, os fragmentos são repelidos pelo eletrodo negativo, migrando em direção ao polo positivo da cuba. Fragmentos maiores de DNA encontram maior dificuldade para atravessar o gel; já os fragmentos menores o atravessam mais rápido. Quando a corrente elétrica é desligada, fragmentos de DNA de tamanho similar formam bandas ao longo da extensão do gel. As bandas se distribuem na matriz em ordem decrescente de tamanho de fragmentos, ficando os maiores mais próximos ao poço. Para facilitar a identificação do tamanho dos fragmentos, no início da eletroforese são colocados marcadores de massa molecular (M). Eles possuem bandas de tamanhos já conhecidos. Assim, para identificar qual é o tamanho dos fragmentos que formam determinada banda da amostra de DNA, basta comparar com a banda do marcador ao lado.

III

Para visualização das bandas formadas na eletroforese, o gel é corado com um composto químico que se liga fracamente às moléculas de DNA. Esse composto tem como característica se tornar fluorescente quando exposto à luz ultravioleta, tornando as bandas de DNA visíveis.

aplicação das amostras de DNA polo negativo

cuba eletrolítica

2

Representação da técnica de eletroforese em gel.

I

poços gel

1

polo positivo

solução de eletroforese fonte II

polo negativo

M

poços bandas de DNA

direção de migração do DNA

polo positivo

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

Representação das bandas de DNA das amostras e do marcador molecular (M).

III

Louise Murray/SPL/Latinstock

I

Ilustração produzida com base em: NELSON, D. L.; COX, M. M. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. p. 89.

M

Bandas de DNA observadas sob a luz ultravioleta.

Genética

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Organismos geneticamente modificados

Ilustrações produzidas com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 633.

DNA vegetal

Somma Studio

plasmídeo

gene de interesse

Os organismos geneticamente modificados (OGMs) correspondem aos organismos cujo material genético foi, de alguma forma, alterado pela Engenharia Genética, resultando em alterações no DNA que não ocorrem naturalmente. Já os organismos transgênicos são aqueles que tiveram seu material genético alterado pela inserção de um ou mais genes provenientes de outra espécie ou grupo. Esse gene, dito transgene, é manipulado e amplificado pela tecnologia do DNA recombinante e inserido no DNA de outro organismo, chamado transgênico.

genoma bacteriano

O transgene pode ser introduzido em uma célula por meio de uma variedade de técnicas, incluindo transformação, injeção, infecção bacteriana ou viral, entre outras técnicas. Ao entrar na célula-alvo, o transgene pode alcançar o núcleo, onde, geralmente, se insere em um cromossomo. Após a inserção, o gene em questão passa a se expressar no organismo e produzir características de interesse, antes ausentes na espécie. Esse processo caracteriza a transgenia, que pode ser desenvolvida tanto em plantas quanto em animais.

Atualmente, alguns alimentos transgênicos se encontram disponíveis para consumo humano, como milho, feijão, soja, abobrinha e mamão. Destes, apenas os três primeiros são liberados para consumo no Brasil. Alguns planta transgênica países, como os Estados Unidos, aprovaram recentemente o consumo de salmão transgênico, a primeira espécie animal modificada geneticamente e considerada apropriada para consumo humano. A autorização para a comercialização de produtos transgênicos no Brasil é feita pela Comissão Técnica Nacional de Biossegurança (CTNBio), órgão vinculado ao Ministério da Ciência e Tecnologia.

célula vegetal transformada

Representação da formação de uma planta transgênica por infecção bacteriana. Ao infectar a célula vegetal, parte do DNA bacteriano, contendo o gene de interesse, se insere no genoma da planta.

Os avanços da Genética Molecular têm fornecido novos métodos de detecção de genes mutantes em pacientes acometidos por doenças genéticas, favorecendo o diagnóstico precoce e as chances de sucesso no tratamento.

man

Studio Caparroz

2 1

3

Shu

Algumas células 1 são removidas do paciente; 2 genes sadios são inseridos em vírus alterados geneticamente para não se reproduzirem; 3 vírus transgênicos são misturados com células humanas, que adquirem o gene sadio trazido pelos vírus; 4 células carregando o gene sadio são injetadas no ser humano, onde se multiplicam e auxiliam no tratamento da doença.

elo

Ilustrações produzidas com base em: Genetic Science Learning Center at the University of Utah (Centro de Aprendizagem em Ciência Genética da Universidade de Utah). Disponível em: <http:// learn.genetics.utah.edu/ content/genetherapy/ gtsuccess/>. Acesso em: 25 maio 2016.

Representação da terapia gênica em células isoladas

A ng

*A terapia gênica foi abordada no volume de 1o ano desta coleção, tendo como enfoque os vírus. Aqui, o enfoque é a tecnologia utilizada em sua execução.

Atualmente há pesquisas que visam o tratamento de uma doença intervindo diretamente no gene patogênico, chamada terapia gênica. Essa técnica consiste em inserir, por meio * de um vetor, como um vírus, uma cópia saudável de determinado gene nas células do paciente, ou em consertar esse gene na célula germinativa para que o organismo funcione adequadamente. A inserção de cópias saudáveis pode ser feita diretamente no organismo ou em células isoladas, posteriormente injetadas no corpo.

4

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Unidade 1

Biologia e Tecnologia

Produção de insulina

O diabetes é uma disfunção na produção ou funcionalidade da insulina, um hormô­n io produzido pelo pâncreas que atua no controle dos níveis de açúcar no organismo. Assim, para controlar os níveis glicêmicos sanguíneos e evitar a hiperglicemia, o diabético precisa injetar insulina no organismo. Durante muito tempo, a insulina utilizada por pacientes diabéticos era obtida exclusivamente de outros mamíferos, como porcos e bois. Contudo, a insulina desses animais não é exatamente igual à humana, variando em alguns dos aminoácidos que compõem a cadeia polipeptídica. Ainda que a diferença seja pequena – um aminoácido na insulina de porcos e três aminoácidos na de bois –, essa variação pode causar efeitos adversos em alguns diabéticos, como alergias e produção de anticorpos contra a insulina não humana.

Produção de insulina humana em bactérias transgênicas

1 2

DNA complementar (cDNA)

3

4 Guilherme Casagrandi

A sequência do gene da insulina produz uma molécula de RNA mensageiro 1 , que codifica para a proteína. Essa molécula de RNA é frágil e pode sofrer rápida degradação. Por isso, esse ácido nucleico é convertido em uma molécula de DNA, chamado DNA complementar (cDNA), por ação da enzima transcriptase reversa 2 . O cDNA não possui íntrons, uma vez que foi produzido a partir de RNAm que sofre splicing, possuindo apenas códons necessários para que a bactéria sintetize a insulina humana. O cDNA é, então, inserido no plasmídeo 3 , o qual é introduzido em uma célula bacteriana 4 , onde passa a expressar os genes da insulina. Assim, o gene da insulina é transcrito e a proteína de interesse, traduzida. Como resultado desse processo, as bactérias transgênicas se tornam produtoras de insulina humana 5 .

Produção de insulina humana recombinante em uma indústria na França, em 2014. Jean-Francois Moiner/AFP Photo

Uma solução encontrada para resolver o problema descrito, foi a produção de insulina humana por meio de bactérias transgênicas, a partir da década de 1970. Esse processo se caracteriza pela introdução dos genes da insulina humana no genoma desses organismos procariontes e, atualmente, possibilita a produção de insulina humana em escala industrial. Para que os genes da insulina humana sejam eficientemente inseridos no genoma bacteriano, são necessários alguns procedimentos. Observe o esquema abaixo.

Hiperglicemia: nível elevado de açúcar no sangue.

transcrição RNAm

5

tradução

Ilustração produzida com base em: WATSON, J. D. DNA: o segredo da vida. São Paulo: Companhia das Letras, 2005. p. 131.

A injeção de insulina no organismo, geralmente, é necessária apenas nos casos de diabetes tipo I, que se caracteriza pela não produção desse hormônio pelo organismo. Já os casos de diabetes tipo II, em que a insulina é produzida, porém em quantidade insuficiente ou com problemas funcionais, a doença pode ser controlada com o uso de outros medicamentos. Genética

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Clonagem celular e de organismos De modo simplificado, a clonagem pode ser definida como a formação de células e indivíduos geneticamente idênticos. A clonagem é um processo que ocorre naturalmente em alguns seres vivos que realizam reprodução assexuada, tais como alguns vegetais e microrganismos. Na biotecnologia, a clonagem é utilizada para clonar fragmentos de DNA (clonagem de DNA) células, ou organismos.

8. Cite uma possível vantagem da reprodução assexuada nos organismos. Esse tipo de reprodução possibilita que determinadas características, que podem ser vantajosas para o animal, sejam mantidas ao longo das gerações.

A clonagem pode ser do tipo reprodutiva ou terapêutica, e uma das principais técnicas envolvidas nesses processos é a transferência nuclear. Observe a seguir.

Naturalmente, mamíferos com material genético idêntico são observados somente em casos de gêmeos univitelinos. No entanto, em 1996, cientistas conseguiram clonar o primeiro mamífero — seu nome era Dolly, uma ovelha nascida na Escócia. Esse clone foi formado a partir de uma célula somática diferenciada de um animal adulto. Tal feito simbolizou a possibilidade de reprogramação celular, bem como, a possibilidade de produzir todos os tipos de tecido a partir de células diferenciadas de um organismo adulto, incentivando pesquisas de células-tronco a partir de células diferenciadas.

Transferência nuclear e as clonagens reprodutiva e terapêutica Na técnica de transferência nuclear, o núcleo de um óvulo é retirado I . O núcleo de uma célula somática diferenciada é transferido para o óvulo enucleado II . Uma série de estímulos faz o óvulo portador do núcleo diferenciado iniciar um processo de divisão celular, resultando na formação do blastocisto III , o qual pode ser utilizado para a clonagem reprodutiva IV ou para a clonagem terapêutica V . célula somática

estímulos para a divisão

II

III

I

óvulo IV

V

multiplicação celular VIII

Studio Caparroz

VI

IX

VII

*A fêmea pode ser da mesma espécie ou de espécie similar, que possibilite o desenvolvimento do embrião.

Na clonagem reprodutiva, o blastocisto é implantado no útero de uma fêmea* VI , onde se desenvolve e dá origem a um novo ser vivo VII geneticamente idêntico ao doador do núcleo diferenciado. Ilustrações produzidas com base em: Genetic Science Learning Center at the University of Utah (Centro de Aprendizagem em Ciência Genética da Universidade de Utah). Disponível em: <http://learn.genetics.utah.edu/ content/stemcells/quickref/>. Acesso em: 25 maio. 2016.

Na clonagem terapêutica, o blastocisto não é implantado no útero de uma fêmea. As células da massa interna são removidas VIII e mantidas em laboratório, onde se multiplicam como células-tronco. Estas são geneticamente idênticas ao doador do núcleo somático e podem dar origem a diferentes tipos de células e tecidos IX .

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*Se achar conveniente, informe aos alunos que a ovelha Dolly foi resultado de 276 tentativas de gestação e morreu precocemente, aos 6 anos de idade, por causa de problemas pulmonares.

Unidade 1

As células somáticas diferenciadas perdem a capacidade de formar todos os tipos de tecido. Isso acontece porque, apesar de todas as células de um organismo apresentarem o mesmo material genético, ou seja, os mesmos genes, estes se expressam de modo diferente em cada tecido. Assim, o ponto crucial do processo de clonagem por transferência nuclear é a reprogramação celular, que é responsável por transformar as informações contidas na célula diferenciada em informações de estado embrionário, capazes de originar um novo indivíduo, na clonagem reprodutiva, ou diferentes tipos de células e tecidos, na clonagem terapêutica. A regulação dos genes que serão expressos em uma célula ocorre de muitas formas, mas principalmente ao nível de transcrição, onde proteínas específicas interferem na capacidade da RNA polimerase de se ligar ao DNA. A reprogramação da célula envolve, basicamente, “ligar” os genes relacionados ao desenvolvimento embrionário, tornando-os disponíveis à transcrição, e “desligar” os relacionados às características da célula diferenciada. Falhas nesse processo provavelmente são as responsáveis pela dificuldade de formação de embriões clonados e da baixa viabilidade dos clones.* A clonagem terapêutica é uma importante fonte de células-tronco embrionárias. Ela pode ser utilizada como uma alternativa ao uso de embriões formados pela união de óvulo com espermatozoide. Além disso, esse tipo de células-tronco pode auxiliar no tratamento de doenças como diabetes, doença de Parkinson, lesões na medula, doenças sanguíneas, entre outras. Isso acontece porque, quando inseridas no organismo, essas células podem ser induzidas a produzir células saudáveis. A probabilidade de rejeição de células, tecidos e órgãos formados por meio da clonagem terapêutica são bem menores, pois apresentam o mesmo material genético que o doador da célula somática diferenciada, aumentando o sucesso de transplantes, tratamentos e procedimentos cirúrgicos com o uso de células clonadas do próprio paciente.

Gallo Images/Alamy Stock Photo/Latinstock

A clonagem de tecido epitelial foi realizada com sucesso em 2012, quando uma menina sul-africana de três anos de idade chamada Isabella Pippie Kruger recebeu um transplante de pele formada a partir de células epiteliais do seu próprio corpo. Apesar de promissores, ambos os tipos de clonagem necessitam de mais estudos tanto para produzirem organismos com maiores chances de sobrevivência, na clonagem reprodutiva, quanto para células e tecidos serem aplicados com segurança em humanos, na clonagem terapêutica.

Ilustrações produzidas com base em: Genetic Science Learning Center at the University of Utah (Centro de Aprendizagem em Ciência Genética da Universidade de Utah). Disponível em: <http://learn.genetics.utah.edu/content/ stemcells/quickref/>. Acesso em: 25 maio 2016.

Células-tronco clonadas induzidas a formar células e tecidos epiteliais.

Blastocisto formado por clonagem terapêutica.

A ng

elo

Shu

man

No Brasil, a clonagem reprodutiva humana, bem como qualquer tipo de Engenharia Genética em células humanas, como a clonagem terapêutica, é proibida pela Lei de Biossegurança (Lei no 11.105/05). Em países onde a clonagem terapêutica é permitida, já foram relatados casos de produção de tecido epitelial células-tronco humanas a partir de células somáticas, no entanto, não foi possível sua aplicação células em tratamentos clínicos. epiteliais

Pippie Kruger teve mais de 80% de sua pele queimada.

Studio Caparroz

Além das aplicações citadas, atualmente a clonagem pode ser utilizada na formação de clones de espécies em perigo de extinção ou já extintas. A clonagem de animais extintos já foi realizada e, embora alguns animais tenham sido gerados após inúmeras tentativas, eles tiveram morte precoce, indicando novamente a necessidade de mais estudos do processo de reprogramação celular.

Representação do processo de formação de tecidos epiteliais por meio da clonagem de células do paciente.

Genética

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Projeto Genoma O Projeto Genoma Humano (PGH) foi idealizado em meados dos anos 1980 e lançado oficialmente em 1990. O objetivo desse projeto era, em 15 anos, sequenciar todo o genoma humano, ou seja, determinar a sequência dos mais de 3 bilhões de pares de nucleotídeos que compõem o DNA humano. Para isso, o PGH reuniu esforços de centros universitários de mais de 18 países. Na época do lançamento do PGH, o genoma humano era considerado o mais complexo e extenso encontrado entre os seres vivos. Acreditava-se que descobrir como o genoma estava organizado seria um grande feito científico e possibilitaria compreender em que bases genéticas estão fundadas a espécie humana. O sequenciamento do genoma humano foi concluído em 2003, dois anos antes do previsto. Sobre isso, leia o trecho abaixo, escrito pela geneticista brasileira Mayana Zatz (1947-), que participou do Projeto Genoma Humano. 9. Qual é a importância da existência de um banco de dados em pesquisas científicas? Subvenção: auxílio financeiro.

9. Os bancos de dados permitem que qualquer pessoa, do meio científico ou não, tenha acesso às informações obtidas nas pesquisas, além de permitir o fluxo de informações entre diferentes pesquisadores de vários países.

Ouço frequentemente dizer que o Projeto Genoma Humano, […] não cumpriu as promessas anunciadas. […] se pensarmos na promessa da década de 1980, de que a determinação do genoma iria mostrar “o que é o ser humano” […], o Projeto Genoma Humano só poderia causar frustração […].[…] É um erro que, para obter subvenções ou para se chamar a atenção, prometam-se coisas que não se podem cumprir. Começando pela ideia de que o Projeto Genoma Humano iria permitir curar todas as doenças. Ou que seria possível impedir ou prevenir o aparecimento de doenças como a distrofia muscular, o câncer ou o mal de Alzheimer. Ou fazer com que as pessoas pudessem ter filhos perfeitos exatamente como imaginavam ou idealizavam. […] ZATZ, Mayana. Genética: escolhas que nossos avós não faziam. São Paulo: Globo, 2011. p. 103-118.

Analisando o trecho acima, é possível perceber que, para os idealizadores do PGH, a determinação da sequência de pares de nucleotídeos do genoma humano representaria a resposta e a solução para muitas, se não todas, questões relacionadas aos seres humanos. Ou seja, conhecer a sequência de todos os genes permitiria não apenas ampliar a sua própria compreensão e das características humanas, mas também curar doenças, desenvolver diagnósticos mais rápidos e tratamentos mais específicos, por exemplo. A primeira constatação resultante do PGH foi de que o genoma humano não era formado por mais que 25 mil genes distribuídos em pouco mais de 3 bilhões de pares de nucleotídeos. Esses números eram muito inferiores ao esperado para H. sapiens e ao observado em muitos seres vivos considerados menos complexos. Ou seja, o tamanho do genoma e a quantidade de genes aparentemente não têm relação direta com a complexidade de um organismo, como será visto adiante. Diversos projetos de sequenciamento foram e continuam sendo realizados para outros organismos. O Brasil tem um importante papel na participação e na autoria de muitos desses projetos. Todas as informações produzidas por meio de projetos de sequenciamento são armazenadas em bancos de dados. A comparação entre esses dados permite a obtenção de resultados promissores, seja na saúde humana, na agricultura, na pecuária, ou em outras áreas.

*Para mais informações a respeito do trabalho realizado por esse centro no Brasil, visite o site: <http://tub. im/8xv8bs>. Acesso em: 5 maio 2016.

O Brasil no sequenciamento do genoma humano O Brasil pouco atuou no processo de sequenciamento do genoma humano em si. No entanto, foi o primeiro país a sequenciar o genoma de um patógeno de planta, a Xylella fastidiosa. Atualmente, o Centro de Pesquisa sobre Genoma Humano e Células-tronco,* localizado na Universidade de São Paulo (USP), desenvolve pesquisas voltadas, basicamente, para doenças genéticas. Tais estudos incluem caracterização genética de populações, testes genéticos para doenças, serviço de sequenciamento e aconselhamento genético, entre outros.

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Unidade 1

Pós-genômica Desde seu lançamento, em 1990, o Projeto Genoma Humano vem contribuindo bastante para ampliar os conhecimentos genéticos sobre o ser humano e muitos outros seres vivos, principalmente com relação a genes causadores de doenças. No entanto, pode-se afirmar que a realização do PGH trouxe mais questionamentos do que respostas, como se ansiava no início do sequenciamento do genoma humano. Os principais genes causadores de doenças genéticas foram identificados, localizados no genoma e sequenciados. Mas ainda é necessário descobrir qual é a função desses genes no organismo e como eles são regulados. Isso se deve porque dados obtidos pelo PGH nos mostram, por exemplo, que pessoas portadoras de uma mesma alteração genética podem apresentar diferentes sintomas e respostas aos tratamentos. Ou seja, muito mais que sequenciar os genes, é necessário descobrir como eles são regulados e como interagem entre si e com os demais elementos genéticos. A maior parte do DNA humano é constituída de regiões que não codificam produtos gênicos. Por isso, atualmente, o Projeto Genoma Humano atua em conjunto com a Enciclopédia de Elementos do DNA (Encyclopedia of DNA Elements – Encode), cujo intuito é estabelecer a relação entre os elementos funcionais do genoma humano e os demais elementos regulatórios não codificantes, como íntrons, promotores, terminadores, entre outros.

*Oriente os alunos a comparar este número com a quantidade de genes presentes no ser humano.

blickwinkel/Alamy Stock Photo/Latinstock

Lebendkulturen.de/Shutterstock.com

Dados atuais confrontam a ideia de que genomas maiores possuem maior número de genes e resultam em organismos mais complexos. A pulga-d’água (Daphnia pulex), um invertebrado diminuto, por exemplo, possui cerca de 31 mil genes.* Os maiores genomas identificados são de um peixe pulmonado (Protopterus aethiopicus), com cerca de 130 bilhões de pares de bases, e de uma planta (Paris japonica), com cerca de 150 bilhões de pares de bases. Assim, a chave para a compreensão do genoma talvez esteja relacionada aos processos de controle da expressão gênica.

Ser vivo adulto Peixe pulmonado: pode atingir até 2 m de comprimento. Pulga-d’água: pode atingir de 0,5 mm a 6 mm de comprimento.

Pulga d’água (Daphnia pulex).

Peixe pulmonado (Protopterus aethiopicus).

As informações oriundas do PGH constituem o primeiro passo dado em busca da compreensão da formação e do funcionamento do ser humano, bem como de outros seres vivos. A própria definição do termo “gene” está sendo revista para abranger todas as novas informações relacionadas ao genoma dos seres vivos. Atualmente, o novo projeto ambicioso desenvolvido por cientistas de todo o mundo é o Atlas do Genoma do Câncer (The Cancer Genome Atlas). Esse projeto objetiva identificar as alterações genéticas observadas nos principais tipos de câncer, e auxiliar os médicos a selecionar o tratamento mais adequado a cada paciente. Esse novo tipo de tratamento caracteriza uma medicina personalizada que ataque o câncer em sua origem, no DNA, e de acordo com o perfil genético de cada paciente. Genética

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Qual é a composição do DNA?

2. Descreva a estrutura do DNA proposta por James Watson e Francis Crick. 3. Por que a replicação do DNA é chamada semiconservativa? 4. Quais são as principais diferenças entre as moléculas de DNA e de RNA? 5. Explique o processo de transcrição. 6. Diferencie os três tipos de RNA envolvidos na síntese proteica, de acordo com a função que desempenham nesse processo.

7. O que é recomposição do RNA? Qual é a sua importância para o processo de síntese proteica? 8. Qual é a importância da recomposição (splicing) alternativa? 9. O que é código genético? 10. Em que se baseia a tecnologia do DNA recombinante? 11. O que é a reprogramação celular? Qual é a sua importância na clonagem? 12. Reescreva as frases abaixo no caderno, corrigindo as informações incorretas. a ) As bases nitrogenadas da molécula de DNA possuem especificidade entre si, de modo que a adenina sempre se liga à citosina e a timina sempre se liga à guanina. b ) Os filamentos de DNA se mantêm unidos por ligações de hidrogênio entre os grupos fosfato e as pentoses dos nucleotídeos e ligações fosfodiéster entre as bases nitrogenadas. c ) Nas moléculas de RNA, as bases nitrogenadas de adenina são substituídas por uracila. d ) Os produtos da transcrição e da tradução são proteínas e moléculas de RNA mensageiro, respectivamente. e ) Em procariontes, os íntrons são as regiões codificadoras de proteínas do material genético, e os éxons são as regiões intercalares, removidas do RNA mensageiro durante o processo de tradução. f ) Um anticódon é uma sequência específica de três nucleotídeos presentes na molécula de RNA mensageiro, que codifica uma proteína específica. O códon é a sequência presente no RNA transportador, que pareia com o códon presente no RNAm. g ) As DNA ligases quebram a molécula de DNA em pontos específicos, formando pequenos fragmentos que reunidos formam uma molécula de RNA recombinante.

13. Suponha que a planta A possua em seu DNA 18% de guanina e a planta B, 29% de timina. Qual será a porcentagem das demais bases nitrogenadas no DNA dessas plantas? Justifique sua resposta.

14. Copie o quadro abaixo no caderno, substituindo os símbolos pelos aminoácidos correspondentes, como no exemplo da primeira linha. Para isso, consulte o código genético da página 91 para encontrar o aminoácido correspondente a cada códon. A leitura dos códons deve ser feita da esquerda para a direita. DNA CATGGGATGTCCGAA

RNA mensageiro GUACCCUACAGGCUU

GATCGCTTTACGTCG AAGTGAAATCCCCTA

RNA transportador CAU GGG AUG UCC GAA

Val – Pro – Tir – Arg – Leu

GAU CGC UUU ACG UCG

Leu – Ala –

UUCACUUUAGGGGAU

TATTCAGTGACCTCT

Aminoácidos –

– Ser

– Tre – Leu – Gli – UAU UCA GUG ACC UCU

AUGAACGAGUCACAG

UAC UUG CUC AGU GUC

CCAAAUCGGUAUGGA

GGU UUA GCC AUA CCU

ACAAGGGTATGTAAA

Met –

– Glu –

Cis – Ser –

– Gln

– Tre – Fen

TTCGCTAGATAACAA CGG GUU CUG CUU UGG

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a ) Iniciação.

b ) Alongamento.

c ) Término.

Unidade 1

15. Relacione as etapas do processo de transcrição às suas respectivas descrições. d ) Recomposição.

I ) Ligação da RNA polimerase à região promotora do DNA que dá início ao processo de transcrição. II ) Remoção das regiões intercalares não codificadoras de proteínas e união das regiões codificadoras na molécula de pré-RNAm. III ) Encontro de sequência específica de nucleotídeos no DNA que provoca o desligamento da RNA polimerase e a liberação da molécula de RNA recém-transcrita. IV ) Adição de ribonucleotídeos à molécula de RNA mensageiro que está sendo transcrita.

16. No caderno, escreva um texto sobre a tradução do RNA utilizando as palavras do quadro a seguir. subunidade menor

RNA mensageiro

sítio E

sítio P

finalização

códon de iniciação

complexo de iniciação

alongamento

subunidade maior

sítio A

códon de término

aminoácidos

17. As ilustrações abaixo representam os processos envolvidos na síntese proteica de dois organismos diferentes. Observe-as e responda às questões. DNA II Guilherme Casagrandi

I

A B

RNAm pré-RNAm

Ilustrações produzidas com base em: GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2008. p. 262.

C D

polipeptídeo

a ) Que tipos celulares estão representados nas ilustrações I e II? Justifique sua resposta com base nos processos representados nas ilustrações. b ) Que processos estão representados pelas letras A, B, C e D? c ) Os processos que ocorrem em B e C são exclusivos da célula II? Qual é a importância do processo representado em B? Kar/Shutterstock.com

18. Observe a charge ao lado e responda às questões. a ) Descreva-a. b ) Que processo está representado? Descreva a principal técnica utilizada para a realização desse processo. c ) Esse processo pode ter outra finalidade, além da apresentada ao lado? Justifique. d ) Esse processo pode ocorrer naturalmente entre os organismos? Explique.

19. Qual foi o objetivo inicial do Projeto Genoma Humano? Quais são as principais consequências de suas descobertas? Genética

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20. A ocitocina e a vasopressina são hormônios proteicos cuja composição difere apenas em

A

Cis

Tir

Cis

Tir

B B

Guilherme Casagrandi

A

dois aminoácidos. Porém, tal diferença confere papéis biológicos muito diferentes a esses hormônios. A ocitocina atua na indução das contrações uterinas durante o parto, e na secreção de leite pelas glândulas mamárias. A vasopressina atua nos rins, onde aumenta a absorção de Ile GIn Asn Cis Pro Leu Gli água e promove vasoconstrição, resultando em aumento da pressão sanguínea. Observe, ao lado, a sequência de aminoácidos da ocitocina A e da vasopressina B e responda às questões. Fen GIn Asn Cis Pro Arg Gli a ) Quais são os aminoácidos que diferem a ocitocina da vasopressina? b ) Ambos os hormônios possuem 9 aminoácidos em sua estrutura. Quantos nucleotídeos no RNAm são necessários para sintetizar uma sequência polipeptídica desse tamanho, desconsiderando os códons de iniciação e término? Justifique sua resposta. c ) Que tipo de ligação une os aminoácidos de uma proteína? d ) Que mudança pós-traducional é essencial para a ativação das proteínas? Em que consiste esse processo? e ) Suponha que o gene codificante da ocitocina tenha sofrido em seu RNAm mutação nos códons especificadores dos aminoácidos isoleucina e leucina. Essa mutação resultou na seguinte substituição: Ile Fen e Leu Arg. Qual é a principal consequência dessas mutações? f ) A mutação descrita na questão e pode ser considerada sinônima? Justifique.

21. (Udesc-SC) Sobre os ácidos nucleicos é correto afirmar: I ) O DNA é uma molécula constituída por duas cadeias de nucleotídeos dispostas em hélice, e apresenta as bases nitrogenadas adenina, guanina, timina e citosina. II ) O RNA é uma molécula formada por uma cadeia de nucleotídeos e apresenta as bases nitrogenadas adenina, guanina, timina e uracila. III ) O DNA plasmidial encontrado em bactérias se diferencia do DNA das células animais e vegetais porque não apresenta a base nitrogenada timina. IV ) O RNA mensageiro se diferencia do RNA transportador apenas por apresentar a base nitrogenada uracila no lugar da adenina. a ) Somente a afirmativa I é verdadeira.

b ) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras.

c ) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras.

d ) Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras.

e ) Somente a afirmativa IV é verdadeira.

22. (Enem-PR) O milho transgênico é produzido a partir da manipulação do milho original, com a transferência, para este, de um gene de interesse retirado de outro organismo de espécie diferente. A característica de interesse será manifestada em decorrência a ) do incremento do DNA a partir da duplicação do gene transferido. b ) da transcrição do RNA transportador a partir do gene transferido. c ) da expressão de proteínas sintetizadas a partir do DNA não hibridizado. d ) da síntese de carboidratos a partir da ativação do DNA do milho original. e ) da tradução do RNA mensageiro sintetizado a partir do DNA recombinante.

23. (UEM-PR) O conjunto de técnicas baseadas na manipulação do DNA constitui a Engenharia Genética. A esse respeito, pode-se afirmar: *O mesmo que DNA doador. **O mesmo que DNA vetor.

01 ) A ligação do DNA transplantado* ao DNA hospedeiro,** com a consequente formação do DNA recombinante, é efetuada numa célula sob o comando da enzima DNA ligase. 02 ) O material genético da ovelha Dolly era idêntico ao do animal doador de ovócito. 04 ) Plantas transgênicas são todas aquelas que apresentam elevada tolerância a herbicidas. 08 ) Quando os animais transgênicos se reproduzem, os genes incorporados são transmitidos aos descendentes, como qualquer outro gene. 16 ) A técnica do DNA recombinante não é possível entre seres de diferentes reinos.

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da informação genética nos sistemas biológicos. No fim do processo, que inclui a replicação, a transcrição e a tradução, há três formas proteicas diferentes denominadas a, b e c.

tradução

replicação

DNA

RNA

transcrição

Unidade 1

24. (Enem) A figura [ao lado] representa um modelo de transmissão

Proteína “a” Proteína “b” Proteína “c”

Depreende-se do modelo que a ) a única molécula que participa da produção de proteínas é o DNA. b ) o fluxo de informação genética, nos sistemas biológicos, é unidirecional. c ) as fontes de informação ativas durante o processo de transcrição são as proteínas. d ) é possível obter diferentes variantes proteicas a partir de um mesmo produto de transcrição. e ) a molécula de DNA possui forma circular e as demais moléculas possuem forma de fitas simples linearizadas.

25. (Fuvest-SP) Há uma impressionante continuidade entre os seres vivos (...). Talvez o exemplo mais marcante seja o da conservação do código genético (...) em praticamente todos os seres vivos. Um código genético de tal maneira “universal” é evidência de que todos os seres vivos são aparentados e herdaram os mecanismos de leitura do RNA de um ancestral comum. MORGANTE, J. S.; MEYER, D. Darwin e a Biologia. O Biólogo, n. 10, 2009. p. 12-20.

O termo “código genético” refere-se a ) ao conjunto de trincas de bases nitrogenadas, cada trinca correspondendo a um determinado aminoácido. b ) ao conjunto de todos os genes dos cromossomos de uma célula, capazes de sintetizar diferentes proteínas. c ) ao conjunto de proteínas sintetizadas a partir de uma sequência específica de RNA. d ) a todo o genoma de um organismo, formado pelo DNA de suas células somáticas e reprodutivas. e ) à síntese de RNA a partir de uma das cadeias do DNA, que serve de modelo.

26. (UEL-PR) O tratamento de infecções bacterianas foi possível com a descoberta dos antibióticos, substâncias estas capazes de matar bactérias. Como exemplos de mecanismos de ação dos antibióticos, podemos citar: Ação I: inibe a enzima responsável pelo desemparelhamento das fitas do DNA. Ação II: inibe a ligação da RNA polimerase, DNA-dependente. Ação III: ao ligar-se à subunidade ribossomal inibe a ligação do RNA transportador. Quanto à interferência direta dessas ações nas células bacterianas, é correto afirmar: a ) Ação I inibe a duplicação do DNA, impedindo a multiplicação da célula. b ) Ação II inibe a tradução, interferindo na síntese de DNA bacteriano. c ) Ação III inibe a transcrição do RNA mensageiro. d ) Ações I e III inibem a síntese de ácidos nucleicos. e ) Ações II e III inibem a síntese de proteínas bacterianas.

Refletindo sobre o capítulo

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A A alteração genética observada nos mosquitos A. aegypti transgênicos, apresentada na página 86, foi realizada em células somáticas ou germinativas? Justifique. B Que característica do código genético permite supor que todos os organismos foram originados a partir de um único ancestral? C Pode-se afirmar que os conhecimentos relacionados ao material genético dos seres vivos estão prontos e acabados ou continuam de desenvolvimento? Justifique. D Que processos podem resultar na elevada variabilidade de proteínas de um organismo? E Por que estudiosos afirmam que o Projeto Genoma Humano não conseguiu responder “o que é o ser humano”, do ponto de vista biológico? Genética

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Existem raças humanas? Rawpixel.com/Shutterstock.com

Explorando o tema

A ideia de que a espécie humana é dividida em raças é baseada nas diferenças físicas visíveis entre as populações, como no formato dos olhos ou na cor da pele. Porém, como estudamos nesta unidade, essas características são determinadas pelas informações genéticas presentes no genoma de cada pessoa, que interagem com o ambiente e expressam fenótipos diferentes. Isso significa que todos os seres humanos possuem características particulares, e são geneticamente diferentes uns dos outros. Um estudo realizado pelo geneticista estadunidense Richard Lewontin (1929-), em 1972, demonstrou que as variações na informação genética são muito maiores dentro de uma mesma população humana do que entre populações diferentes. A análise de vários genes em pessoas de populações distintas demonstrou que 85% da variabilidade genética encontrada ocorria dentro de uma mesma população, enquanto apenas 7% dessas diferenças foi encontrada em populações diferentes. Logo, é incorreto distinguir as populações humanas em raças, pois a porcentagem de genes diferentes entre as populações é muito pequena. Dessa forma, do ponto de vista biológico, não existem raças humanas. A maior parte da variação genética ocorre entre indivíduos e não entre grupos étnicos. Ou seja, pode haver uma maior variação genética entre duas pessoas de pele branca do que entre uma pessoa de pele branca e outra de pele negra. Além disso, os genes humanos não são específicos de uma população. O gene que codifica o tipo sanguíneo O, por exemplo, pode ser mais ou menos frequente em certas populações, mas está presente em todas elas. Na realidade, uma das maneiras mais adequadas de agrupar a humanidade é por meio de diversas etnias, cujo conceito está relacionado aos aspectos sociais, culturais, religiosos e históricos de uma população, sem relação com suas características biológicas. No entanto, apesar de o conceito de etnia ser bem aceito, ele não justifica ações discriminatórias entre as populações. Embora a Genética tenha comprovado que o conceito de raças humanas não existe do ponto de vista biológico, essa concepção ainda é muito frequente na sociedade atual. Também é usada como justificativa para atitudes que envolvem o preconceito e a discriminação de grupos étnicos, já que o racismo não tem bases biológicas.

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Unidade 1

Ao longo da história da humanidade, há diversos relatos da discriminação de grupos étnicos. Um exemplo é o tráfico de escravos africanos para as Américas a partir do século XVI. Devido à cor da sua pele, esses povos eram vistos como inferiores em relação aos demais povos de pele branca. Essa discriminação foi tão grave que, até os dias atuais, há reflexo desse preconceito em diversos países, entre eles o Brasil. Todas as pessoas têm conceitos prévios e opiniões sobre temas que desconhecem ou nem sequer refletiram. A essa forma de pensar dá-se o nome de preconceito. Quando esse preconceito é voltado para um grupo étnico específico, recebe o nome de racismo. Já quando um tratamento dado a uma pessoa é baseado nas diferenças de origem étnica, cor de pele, classe social, gênero, crença religiosa ou orientação sexual, trata-se de um ato discriminatório, no qual se julga outra pessoa inferior por causa de suas características pessoais.

No Brasil, o racismo presente desde a época da escravidão perdura até os dias atuais, refletindo na vida cotidiana dos afro-brasileiros. Apesar de o racismo ser considerado crime no Brasil, previsto pela Lei n o 7.716/89, ele é enfrentado diariamente por mais da metade da população brasileira. Características físicas como a cor da pele e o tipo de cabelo dependem de uma quantidade pequena de genes, que não estão relacionados à capacidade intelectual e ao comportamento humano. Dessa maneira, desclassificar uma pessoa de um processo seletivo por causa de suas características físicas, por exemplo, não só é uma atitude racista, mas principalmente discriminatória. Atitudes racistas refletem o preconceito enraizado na sociedade atual, que diariamente reproduz o conceito incorreto da existência de raças humanas. A seguir, leia um trecho de um texto do geneticista brasileiro Sérgio Pena que explica sobre o racismo.

PENA, S. D. I. Humanidade sem raças? São Paulo: Publifolha, 2008. p. 31.

A discriminação étnica é um problema que existe há muito tempo, e há casos que marcaram a história da humanidade. Leia, a seguir, um exemplo.

Assista a depoimentos de sobreviventes do holocausto no site:

••<http://tub.im/osigfo>. Acesso em: 10 mar. 2016.

Pics-xl/Shutterstock.com

[...] [...] Ao ser negada a individualidade dos membros de outros grupos, eles são objetificados, desumanizados. É como dizer: “eu sei a ‘raça’ a que ele pertence, portanto já sei tudo que é possível saber a seu respeito”. [...]

No século XX, grupos étnicos foram vítimas do regime nazista iniciado na Alemanha, cuja ideologia defendida era a de um padrão de “raça pura”. Esse conceito foi utilizado como justificativa para o extermínio de grupos étnicos, como os judeus, os ciganos e outros grupos. Essas pessoas eram presas e levadas para campos de concentração, onde viviam sob condições precárias, trabalhando como escravas. Em alguns desses campos de concentração, as pessoas eram assassinadas. A ideologia nazista, a intolerância étnica e o ódio levaram mais de seis milhões de pessoas à morte durante o Holocausto. Campo de concentração de Auschwitz-Birkenau, na Polônia, em 1944.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

a ) Na classificação biológica, como o ser humano pode ser classificado? b ) O Brasil é considerado um país miscigenado, isto é, que apresenta uma grande mistura de etnias, fruto do processo de colonização. Alguns antropólogos defendem que, em países miscigenados, casos de racismo tendem a ser menos frequentes. Você concorda com essa opinião? Converse sobre esse assunto com seus colegas. c ) Você já presenciou alguma situação de racismo? Escreva um breve relato no caderno. Genética

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Filme de Carlos Saldanha. A Era do Gelo 2: O Degelo. EUA, 2006. Foto: Archives du 7e Art/20th Century Fox/Glow Images

unidade

Evolução

Cena do filme A era do gelo 2, de 2006.

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A sequência de filmes A era do gelo mostra a história de alguns animais que viveram em uma era glacial. Nessas histórias são representadas espécies já extintas, como o mamute, o tigre-dentes-de-sabre e a preguiça-gigante. O estudo dos vestígios desses animais nas rochas permitiu que os cientistas des­ cobrissem muito sobre essas espécies de animais de grande porte da chamada Me­ gafauna, os quais habitaram a superfície terrestre até cerca de 11 000 anos atrás. O mamute, que viveu entre 2,5 milhões e 13 mil anos atrás, era um mamífero classificado na ordem Proboscidea e família Elephantidae, a mesma do elefante-africano e do elefante-asiático, atualmente viventes. Existiram várias espécies de mamutes, sendo que as maiores alcançavam 11 toneladas. Acredita-se que os ma­ mutes não tinham predadores na fase adulta, mas os filhotes podiam ser atacados por espécies como o tigre-dentes-de-sabre. Aceita-se que esses animais são mais próximos evolutivamente dos elefantes-asiáticos que dos elefantes-africanos. Sua extinção pode ter sido influenciada pelas mudanças climáticas e pela caça realizada pelo ser humano. O tigre-dentes-de-sabre, que provavel­ mente viveu entre 2,5 milhões e 13 mil anos atrás, era um mamífero classificado na d em Carnivora e família Felidae, a or­ mesma dos felinos atuais, como onça, guepardo, lince, entre outros. De acordo com a espécie, podiam alcançar entre 50 e 400 kg. Eles não tinham predadores e sua dieta era baseada em outros animais, como bisões, mamutes, mastodon­ tes, cavalos e camelos. A preguiça-gigante, que viveu entre 5 mi­ lhões e 11 500 anos atrás, era um mamífero classificado na ordem Pilosa e dividido em espécies de diferentes famílias, que variavam entre 250 e 1 100 kg. Essas espécies eram herbívoras e eram presas de felinos, como o tigre-dentes-de-sabre.

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Josemaria Toscano/ Shutterstock.com

Grand Canyon, localizado no Planalto do Colorado, Estados Unidos. Trata-se de uma formação geológica que evidencia o quanto a Terra é antiga. As rochas da base têm entre 1,7 e 2 bilhões de anos e as do topo, aproximadamente 250 milhões de anos. Em suas camadas, é possível encontrar fósseis de diferentes idades.

capítulo

*Os períodos e eras geológicas serão estudados com mais detalhes ainda nesse capítulo.

A) O desenvolvimento da ciência. B) Porque foi possível estabelecer uma relação de tempo entre a deposição de fósseis e a idade geológica das rochas. C) Resposta pessoal. Muitos seres vivos se extinguiram após um determinado período e seus fósseis permaneceram. No período seguinte, viveram outros seres vivos, dos quais muitos foram extintos, deixando evidências nas rochas. Assim, determinado grupo de seres vivos viveu em um período e, quando fossilizados, podem indicar a idade das rochas nas quais esses fósseis são encontrados.

Introdução ao estudo da Evolução

Até dois séculos atrás, as pessoas acreditavam que a Terra era um planeta novo, com alguns milhares de anos de existência. Quando os estudiosos passaram a buscar respostas para os fenômenos naturais baseadas em fatos e evidências, em vez de explicações sobrenaturais, alguns conceitos foram revistos, entre eles a idade da Terra. Entre os séculos XVIII e XIX, alguns naturalistas notaram que um conjunto de fóssil deposto em certa camada de uma rocha ocupava a mesma camada na formação de outra rocha, seguindo uma mesma ordem. Isso os levou a perceber que, em cada período do tempo geológico, um conjunto de fósseis específico era depositado, estabelecendo, portanto, uma ordem temporal. E a conclusão foi de que os fósseis indicavam o período* em que houve a formação da camada de rocha na qual ele é encontrado. Mas os pesquisadores levaram anos para chegar a essas conclusões. Foram necessários avanços oriundos dos estudos evolutivos da Paleontologia e da Geologia. As técnicas de datação e os conhecimentos sobre a Química e a Física também foram fundamentais. Isso nos mostra como a ciência está em constante desenvolvimento. A Qual foi a importância de os estudiosos buscarem explicações, em fatos e evidências, para os fenômenos naturais? B Por que os fósseis foram importantes para a datação da Terra? C Como você explicaria o fato de camadas de rochas de idades diferentes apresentarem fósseis de espécies distintas?

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Leia o texto a seguir e observe a fotografia ao lado. Segundo a mitologia grega, no início só existia o Caos, em que tudo estava misturado. Então a Natureza e Deus organizaram o que estava bagunçado, separaram terra, água e ar e depois criaram o ser humano. A Terra e o Céu também surgiram do Caos e tiveram como filhos Cronos e Reia, que, por sua vez, tiveram Zeus (pai dos deuses e do ser humano) e outros filhos. Cronos escutara em uma conversa que seria deposto do trono por um filho seu, por isso engolia todos que nasciam. Zeus, que sobrevivera graças à ajuda da mãe, fez o pai regurgitar os irmãos, os quais armaram uma revolta e o prenderam no Tártaro. Zeus então dividiu o mundo com seus irmãos: ele ficou com o céu, Poseidon, com os mares, e Hades, com o mundo dos mortos. 1. O texto acima é parte do que teria sido o início do planeta segundo a mitologia grega. Você conhece outras histórias sobre a origem do mundo? 2. Seres humanos de diferentes civilizações procuraram respostas para a origem do mundo, do Universo e do ser humano. Por que você acha que é importante conhecer como o Universo se formou e como o ser humano surgiu?

Unidade 2

Escultura de mármore. Museu do Louvre, Paris (França). Foto: Guichaoua Yann/Agf/ZUMA Press/Easypix

História do estudo da evolução

Escultura da deusa grega Palas Atena, considerada a deusa da sabedoria e filha de Zeus.

A mitologia grega, por exemplo, e outras histórias nos mostram como o ser humano sempre buscou explicações para a sua origem e para o surgimento do mundo. Assim como os gregos, outras civilizações em todo o mundo desenvolveram seus próprios mitos, a fim de buscar explicações para sua existência e para os fenômenos naturais. Os gregos, por exemplo, atribuíam os raios ao deus Zeus. Assim, os seres humanos buscavam respostas para o desconhecido, baseando-se em crenças e mitos. Os filósofos e estudiosos ao longo dos séculos também buscaram explicações para o surgimento do Universo e da vida. O filósofo grego Aristóteles (384-322 a.C.) acreditava que o mundo sempre existiu e que nunca mudou. Outros filósofos também defenderam a ideia de que o mundo seria infinito; alguns acreditavam que ele seguia ciclos, percorrendo diferentes etapas, mas que sempre retornaria ao ponto de origem, reiniciando o ciclo novamente.

1. Resposta pessoal. Caso os alunos conheçam histórias sobre a origem do mundo, peça que compartilhem com os colegas. 2. Resposta pessoal. Espera-se que os alunos cheguem à conclusão de que o ser humano tem curiosidade de saber como e quando a Terra surgiu, assim como as primeiras formas de vida porque necessita saber sobre sua origem.

O criacionismo é uma visão que surgiu há pouco mais de dois séculos e foi o pensamento predominante entre a Idade Média e o século XIX. Segundo ela, um ser supremo teria criado o Universo e o ser humano e os seres vivos que hoje existem foram criados e não se modificaram, apresentando-se atualmente como no dia em que foram criados. Diferentemente da visão aristotélica, para a qual o Universo seria infinito, o criacionismo defende que a Terra teria no máximo 6 mil anos de formação. Visões semelhantes ao criacionismo fazem parte de histórias do folclore de diversas civilizações. A partir do século XVII, com a Revolução Científica, alguns pontos do criacionismo começaram a conflitar com as descobertas dos estudiosos. Inicialmente, os estudos relativos à Astronomia e Astrofísica tiveram destaque por mostrar que o planeta Terra, o Sol e a Lua não eram os únicos astros do Universo e existiam há muito tempo, ao contrário do que se pensava até então. A descoberta de fósseis de animais extintos mostrou que, no passado, existiram outras formas de vida, diferentes das atuais, o que levou os estudiosos a questionarem a idade da Terra e a imutabilidade das espécies. A partir do século XIX, destacaram-se alguns naturalistas que passaram a admitir que os seres vivos mudavam ao longo do tempo e que também evoluíam. Evolução

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é c . X V III . Ól e o sobre o uais . S t r t Dr to: Mas ter pic s/A l amy Sto el a. Mu ub e o ck Ph s eu is-H anç a). F B oto o ç r /L a uf fo n F t in n , Fr a b a r d ( s to nt ck Mo

Estudaremos alguns dos cientistas que influenciaram o estudo da biologia evolutiva. Dos estudiosos que acreditavam na transformação das espécies, destacou-se o francês Georges-Louis Leclerc (1707-1788), mais conhecido como conde de Buffon. Ele concentrou seus estudos na elaboração de uma enciclopédia chamada Histoire Naturelle, em que almejava incluir todas as informações sobre o mundo natural até então estudadas. Para fazê-lo, Buffon utilizou seu conhecimento e o de diversos especialistas da época. Suas teorias basearam-se na história da Terra e em áreas expoentes, como a Física. Ao aplicar as ideias do inglês Isaac Newton (1643-1727), Buffon propôs que um cometa havia colidido com o Sol e liberado matéria em movimento, a qual se transformou nos planetas do Sistema Solar. A Terra, por sua vez, antes uma rocha em brasas, resfriou e secou e as nuvens se transformaram em chuvas, que originaram os oceanos. Ele estimou que tal processo levara 70 mil anos para ser concluído e que a Terra teria cerca de 178 000 anos. Atualmente sabe-se que a Terra tem mais de 4 bilhões de anos. Retrato de Georges-Louis Leclerc, o conde de Buffon.

Buffon também defendeu que a vida havia se originado de tipos distintos de seres vivos, os quais eram provenientes de um único molde interno. Nesse molde, haveria partículas orgânicas que formavam todos os seres vivos. Ele afirmava que esses seres vivos migravam pelo planeta e, conforme se deslocavam, suas partículas orgânicas e o molde interno se modificavam. Assim, ele explicaria a distribuição geográfica distante de espécies semelhantes. Embora atualmente essa teoria não tenha validade, ela foi uma das primeiras a não seguir as ideias fixistas/criacionistas e a basear-se em evidências científicas, pois defendia que tanto a Terra quanto a vida tinham uma história. C

D Marcin Perkowski/Shutterstock.com

Steve Byland/Shutterstock.com

B Karel Bartik/Shutterstock.com

AsyaPozniak/Shutterstock.com

A

Segundo as ideias de Buffon, um ancestral comum dos canídeos teria se dispersado pelo mundo no passado. Em cada local, esses animais sofreram modificações, transformando-se no cão doméstico A , no lobo B , no coiote C e na raposa D .

Ser vivo adulto Cão doméstico: pode atingir de 18 cm a 86 cm de altura. Coiote: pode atingir 1 m de comprimento. Lobo: pode atingir 1,55 m de comprimento. Raposa: pode atingir 90 cm de comprimento.

*Este assunto foi abordado no capítulo 2 do volume de 1o ano desta coleção. Se desejar, retome-o com os alunos.

Segundo o exemplo acima, Buffon acreditava que um canídeo ancestral teria se dispersado pelo mundo e cada tipo de canídeo teria sofrido diferentes influências do ambiente, o que teria alterado seu molde interno ancestral. Essas alterações teriam resultado nos canídeos que conhecemos atualmente. Embora explicasse a semelhança entre diferentes seres vivos e sugerisse que são aparentados biologicamente, Buffon não conseguia responder como teria surgido o cão com o molde ancestral. Para isso, ele argumentou que poderia ser resultado da geração espontânea, ou seja, que o material vivo surgiu do não vivo. Ele acreditava que a geração espontânea era responsável pela origem de diferentes seres vivos, mesmo as origens mais complexas. Observe a seguir. geração espontânea*

molde ancestral complexo

formas atuais de seres vivos

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No fim do século XVIII, o geólogo britânico William Smith (1769-1839) notou que os fósseis geralmente eram encontrados em camadas organizadas de baixo para cima e que existia a mesma sequên­c ia de fósseis nas camadas de rochas. Suas observações revolucionaram a datação de rochas na Geologia e também a estimativa de idade que se propunha para a Terra até então. O escocês James Hutton (1726-1797) considerava a Terra muito antiga e marcada por ciclos de formação e destruição dos seus elementos. Segundo ele, nosso planeta não havia sido formado a partir de grandes catástrofes, mas de mudanças lentas e quase imperceptíveis, as quais, ao longo do tempo, causaram grandes modificações.

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Retrato de Georges Cuvier.

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Com base nessas ideias e em indícios de que o nível do mar havia se alterado, subindo e descendo várias vezes, de que vulcões gigantes se localizavam sobre rochas muito antigas e de que a Terra havia passado por terremotos e vulcões em erupção, o geólogo inglês Charles Lyell (1797-1875) também concluiu que a Terra possuía uma história muito antiga de mudanças que alteraram sua superfície terrestre ao longo do tempo.

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Retrato de James Hutton.

Retrato de Charles Lyell.

Após Buffon, outro importante naturalista que acreditava que as espécies se transformavam ao longo do tempo foi o francês Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, ou cavaleiro de Lamarck (1744-1829). Ele acreditava que os seres vivos tinham as formas atuais graças a processos de mudanças naturais e defendia que elas evoluíam. Ele argumentava que os seres vivos descendiam de formas de vida inferiores, as quais tinham origem a partir da matéria inanimada (teoria da geração espontânea) e progrediriam para um nível maior de complexidade e perfeição. Ou seja, ele defendia que os seres vivos evoluíam por causa de um aumento da complexidade. Veja a seguir. formas simples de vida

Unidade 2

Ja pa mes ão r ti leç k cul T homp c a. Co s ar. Fo t o o n . S é c . X I X . G r a v ur a t ins t o L : P aul / L D . St e w a r t / S P

O naturalista francês Georges Cuvier (1769-1832) foi um dos maiores especialistas do mundo em anatomia animal, condição fundamental para que organizasse fragmentos de fósseis e os interpretasse. Cuvier mostrou que os seres vivos podiam se extinguir por meio de seus estudos com fósseis de animais que não existiam mais.

formas complexas de vida

Assim, Lamarck acreditava em uma evolução linear em que seres mais simples, todos originados por geração espontânea, tornavam-se mais complexos a cada geração. Para explicar a existência tanto de seres supostamente mais simples quanto de seres mais complexos, Lamarck acreditava que a geração espontânea ocorria o tempo todo, gerando seres simples continuamente. Os seres mais complexos teriam surgido há mais tempo a partir da transformação dos seres mais simples e os mais simples haviam surgido recentemente.

Para Buffon diferentes espécies podiam se originar por adaptações ao ambiente a partir de um ancestral comum e a espécie ancestral surgia por geração espontânea. Para Lamarck, várias formas de vida mais simples surgiam por geração espontânea e originavam as formas de vida mais complexas, e não havia um ancestral comum entre várias espécies. 3. Tanto Buffon quanto Lamarck defenderam a geração espontânea. Qual era a diferença?

Sua ideia tinha coerência quando aplicada a grandes grupos de seres vivos, como moluscos e insetos, por exemplo, formando uma grande cadeia linear de seres vivos. Mas, quando tentava agrupar gêneros e espécies, a teoria de Lamarck apresentava dificuldades para explicar as distintas formas dos seres vivos. Como classificar, por exemplo, as diversas espécies de insetos em uma escala linear de complexidade? Evolução

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Segundo Lamarck, o ambiente apresentava os fatores que determinavam as mudanças e alteravam os planos básicos de organização dos seres vivos. Isso explicaria a falta de linearidade até que as espécies atingissem a complexidade, isto é, a grande quantidade de espécies semelhantes entre si. Para ele, o organismo modificava seu comportamento, seus hábitos ou sua forma diante das modificações ambientais e, consequentemente, das necessidades do organismo, o que impediria uma organização perfeita dos planos básicos dos seres vivos. Um exemplo comumente utilizado para explicar a teoria de Lamarck é o do desenvolvimento do pescoço das girafas. Após verificar a semelhança de muitos desses animais e de seus registros fósseis, ele concluiu que, para sobreviver, eles modificaram uma característica: a altura do pescoço. Segundo essa teoria, para alcançar o alimento – as folhas das árvores –, as girafas começaram a esticar seu pescoço, que ficou maior ao longo do tempo. Ele acreditava que a prole herdaria essa característica. De acordo com a teoria de Lamarck, as girafas ancestrais tinham pescoços mais curtos e, pela necessidade de se alimentarem das folhas mais altas, essas estruturas se desenvolveram, tornando-se maiores ao longo do tempo. Essa ideia era chamada lei do uso e desuso. Veja a ilustração a seguir. *Charles Darwin, inclusive, utilizou-a em sua teoria.

Segundo essa lei, as estruturas que fossem muito utilizadas (uso) se desenvolveriam e as que não eram utilizadas (desuso) atrofiariam. Assim, o ambiente geraria um estímulo que alteraria a morfologia de uma estrutura anatômica, o que seria transmitido para as próximas gerações.

Studio Caparroz

Outra ideia defendida por Lamarck era a lei da transmissão dos caracteres adquiridos, segundo a qual alterações morfológicas decorrentes do uso e desuso poderiam ser transmitidas aos descendentes, o que explicaria a diversidade de seres vivos e de tantos gêneros e espécies distintas. Isso explicaria também por que alguns seres vivos possuíam órgãos mais desenvolvidos de acordo com o papel que cada um deles desempenha em sua sobrevivência. Note que Lamarck defendia a mudança das espécies ao longo do tempo e que tal modificação seria transmitida de uma geração a outra, o que era contrário ao pensamento vigente na época, de que as espécies seriam imutáveis, ou seja, não se transformariam.

Como Lamarck acreditava em uma modificação linear das espécies ao longo do tempo, ele não defendia que elas poderiam ser extintas.

É importante ressaltar que Lamarck não foi o primeiro a defender a transmissão de caracteres adquiridos, pois essa ideia foi defendida por Platão,* além de outros.

Lamarck sofreu grande rejeição no meio científico em sua época. Georges Cuvier, por exemplo, argumentou que, ao comparar ancestrais e descendentes, não foram encontrados seres vivos com características intermediárias. Assim, não havia indícios de que as características se modificavam gradativamente ao longo do tempo. Cuvier acreditava que os organismos haviam sido construídos harmoniosamente e estariam adaptados e que, caso ocorresse qualquer mudança, eles seriam destruídos. Muitos estudiosos da época acreditavam nas evidências científicas, mas eram muito influenciados por suas crenças religiosas. As ideias de Lamarck eram contrárias a muitas dessas crenças, o que o levou a ser rejeitado não só no campo da ciência, mas também como pessoa. Um grande opositor pessoal seu foi Charles Lyell. Lamarck baseava-se em evidências científicas e defendia a mutabilidade dos seres vivos, o que foi fundamental para as ideias posteriores sobre evolução.

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Unidade 2

Cerca de 50 anos após a publicação das ideias de Lamarck, uma nova teoria evolutiva foi proposta. Um dos autores era o naturalista britânico Charles Darwin (1809-1882). Ainda jovem, entre os anos de 1832 e 1837, ele iniciou uma expedição ao redor do mundo a bordo do navio Beagle que pretendia, entre outros objetivos, mapear a costa da América do Sul. Essa viagem, segundo o próprio naturalista, foi o acontecimento mais importante de sua vida e determinante em sua carreira. Seu trajeto incluiu a América do Sul, inclusive o Brasil, parte da Europa, Oceania e África. Veja no mapa abaixo o trajeto do Beagle nessa viagem. As observações responsáveis por suas teorias evolutivas ocorreram principalmente em Galápagos, onde chegou em 1835. Mapa do trajeto do Beagle (1832-1837) N

OCEANO GLACIAL ÁRTICO O

Círculo Polar Ártico (27 dez. 1831) (2 out. 1836)

Arquipélago de Cabo Verde (16 jan. 1832) (31 ago. 1836)

OCEANO PACÍFICO

Taiti (nov. 1835)

Trópico de Capricórnio

AMÉRICA DO SUL

Callao (19 jul.-6 set. 1835)

Valparaíso (23 jul. 1834) Buenos Aires

Ilha de Bahia Ascensão (29 fev. 1832) (19-23 jul. 1836) (1-6 ago. 1836) Ilha de Santa Helena (8-14 jul. 1836) Rio de Janeiro (4 abr.-5 jul. 1832) Montevidéu (26 jul.-19 ago. 1832)

Ilhas Malvinas (mar. 1833-mar. 1834)

Círculo Polar Antártico

2 600 km

OCEANO PACÍFICO

ÁFRICA

Meridiano de Greenwich

E. Cavalcante

AMÉRICA CENTRAL

Equador

ÁSIA

OCEANO ATLÂNTICO

Trópico de Câncer

Arquipélago de Galápagos (16 set.-20 out. 1835)

EUROPA

Arquipélago de Açores (20-24 set. 1836)

AMÉRICA DO NORTE

L S

OCEANO ÍNDICO Ilhas Cocos

(1-12 abr. 1836)

OCEANIA

Ilha Maurício Ilha Bourbon (29 abr.-9 maio 1836)

Cabo da Boa Esperança (31 maio 1836)

OCEANO GLACIAL ANTÁRTICO

ANTÁRTIDA

King George’s Sound (6-14 mar. 1836)

Sydney (jan. 1836) Baía das Ilhas (21-30 dez. 1835) Hobart (fev. 1836)

Fonte: TORT, Patrick. Darwin e a ciência da Evolução. Rio de Janeiro: Objetiva, 2004. p. 30-31.

Após retornar da viagem, em 1836, Darwin levou os exemplares que coletou a especialistas. Entre os que o ajudaram, podemos citar: o geólogo Charles Lyell; o anatomista britânico Richard Owen (1804-1892); o ornitólogo inglês John Gould (1804-1881); o naturalista inglês George Waterhouse (1810-1888); e o zoólogo inglês Thomas Bell (1792-1880). De Galápagos, Darwin trouxe fragmentos de fósseis que seriam mais tarde identificados como um quadrúpede extinto de pescoço comprido chamado de macrauquênia, parente de um mamífero atual, a anta. Owen no primeiro momento não os identificou e reconheceu tratar-se de uma espécie ainda desconhecida. Como Gould era especialista em aves, Darwin pediu-lhe que classificasse os exemplares de tordos-dos-remédios, enganosamente chamados tentilhões, encontrados em Galápagos. Gould concluiu que as aves pertenciam a um grupo ainda desconhecido pela ciência. Eles constataram que as diferentes espécies habitavam apenas as ilhas onde viviam. A partir disso, Darwin passou a acreditar que suas evidências apontavam para a transmutação (modificação das espécies). Enquanto elaborava sua teoria sobre a transmutação das espécies, ele publicava os resultados das observações de sua viagem, principalmente relacionadas à descoberta de várias espécies. Por anos trabalhou na ideia de que as espécies mudam, mas não a publicou, compartilhando-a com poucas pessoas. Além de agrupar ideias sobre a biologia evolutiva, Darwin precisava explicar como esse processo ocorria. Uma das respostas de que precisava Darwin encontrou no trabalho do economista britânico Thomas Malthus (1766-1834) denominado Ensaio sobre populações, que fazia um alerta ao discutir a possibilidade de aumento populacional desproporcional à oferta de alimento, que se tornaria insuficiente para abastecer toda a população e, por isso, causaria grande pressão sobre as populações humanas pobres e miseráveis. Assim, os indivíduos que não conseguissem sobreviver sob essas condições morreriam e o crescimento da população estaria limitado. Evolução

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Darwin acreditava que as populações de animais e plantas também sofressem essa pressão populacional, com base, por exemplo, no fato observável de que o planeta não estava repleto de insetos. Segundo ele, os insetos não utilizavam todo o seu potencial reprodutivo, pois morriam antes de alcançar a fase adulta e tornavam-se vulneráveis às mudanças ambientais. Além disso, a disponibilidade de alimentos é limitada e os indivíduos precisam competir por esses recursos, o que controla sua população, impedindo-a de aumentar descontroladamente.

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Ao mesmo tempo que pensava em publicar suas ideias inovadoras vinte anos após ter iniciado seus trabalhos relacionados à transmutação, Darwin recebeu uma carta do naturalista inglês Alfred Russel Wallace (1823-1913), com quem se correspondia e partilhava alguns estudos. Nessa carta, Wallace narrava e propunha uma teoria semelhante à de Darwin.

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Retrato de Charles Darwin.

Wallace havia estudado exemplares na América do Sul e em Mali e chegado às mesmas conclusões que Darwin. Por causa dessa coincidência, eles apresentaram suas ideias juntos à comunidade científica na Linnean Society de Londres no ano de 1858. A partir disso, alguns dos amigos pesquisadores de Darwin, como Charles Lyell e Joseph Hooker (1817-1911), o aconselharam a publicar um resumo sobre seu livro, que ficou intitulado Sobre a origem das espécies. Em 1859, Darwin lançou o famoso livro A origem das espécies, pelo qual ficou reconhecido e que é um marco na Biologia.

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Assim, tanto Darwin como Wallace chegaram a uma teoria unificadora, a qual defendia a evolução dos seres vivos e propunha um mecanismo pelo qual ela ocorria: a seleção natural.

Retrato de Alfred Russel Wallace.

4. Como você explicaria o exemplo das girafas citadas por Lamarck, segundo a teoria da seleção natural, proposta por Darwin e Wallace? Na população inicial, havia girafas com diferentes alturas de pescoço. As girafas com pescoço mais alto tiveram essa característica selecionada, pois contribuía para a sobrevivência e reprodução dessa espécie. Após bastante tempo e várias gerações, as girafas apresentavam essa característica.

A teoria da seleção natural das espécies gerou bastante polêmica, até mesmo entre os cientistas, pois explica como grupos de organismos se modificam ao longo do tempo com base na variação de suas características, como diferenças no porte, na coloração dos pelos ou na quantidade de dentes, por exemplo. Considere a população de uma espécie adaptada a um determinado ambiente (por exemplo, um mamífero de pelos amarelados que viva na areia da praia e possa se camuflar de seus predadores). A característica que favorece a sobrevivência se torna cada vez mais frequente no ambiente, pois os indivíduos que a apresentam têm maior probabilidade de sobreviver até a idade reprodutiva e a transmitir para a sua prole. Já os indivíduos menos adaptados podem ser eliminados do ambiente antes de conseguirem se reproduzir, por exemplo, o que torna a característica desfavorável cada vez mais rara no ambiente. Após muitas gerações, a maior parte dos indivíduos da população terá a característica que conferiu vantagem na sobrevivência. Assim, a seleção natural é a manutenção das variações favoráveis à sobrevivência que, geralmente, leva à eliminação das variações desfavoráveis. Portanto, os organismos mais bem adaptados a sobreviver têm maior probabilidade de transmitirem suas características para uma prole, aumentando a frequência de tal característica na próxima geração. O processo contínuo de diferenciação das populações pode levar ao acúmulo de diferenças, a ponto de dar origem a novas espécies, o que implica em ancestralidade, ou seja, duas espécies semelhantes, por exemplo, seriam descendentes de uma única espécie ancestral que existiu no passado. A sociedade reagiu negativamente às ideias acerca da evolução. Quando se propõe uma descendência comum entre as espécies de seres vivos, defende-se que os seres vivos são aparentados, o que contraria muitas crenças religiosas. Alguns pesquisadores aplicaram as ideias de Darwin em seus trabalhos; outros resistiam e continuavam com a ideia de que as espécies não obedeciam a uma evolução linear, tal como proposto por Lamarck. O fato é que os argumentos de Darwin e Wallace eram baseados em evidências.

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Wermter, C./Corbis/Latinstock

Esse tipo de seleção é bastante visível em animais que apresentam dimorfismo sexual acentuado (grande diferença entre machos e fêmeas), os quais possuem características relacionadas aos rituais de acasalamento e corte, como penas coloridas, plumagem chamativa, cornos, entre outras.

Unidade 2

Darwin também defendeu a ideia da seleção sexual e do seu valor evolutivo, pois ele observou que alguns organismos apresentam vantagens reprodutivas em relação a outros do mesmo sexo. Essa seleção tende a ser mais forte em machos, que apresentam diferentes resultados relacionados ao sucesso reprodutivo, do que em fêmeas.

Há dois tipos de seleção sexual: a intrassexual e a intersexual. Na seleção intrassexual os machos disputam entre si o acesso às fêmeas e às áreas de reprodução que se mostrem favoráveis ao acasalamento. Para isso, é necessário que o macho apresente alguma vantagem. Cabritos-montanheses. A disputa entre machos dessa espécie é um exemplo de seleção intrassexual, pois a vantagem é do que apresenta um corno maior. PeterVrabel/Shutterstock.com

Na seleção intersexual, as fêmeas apresentam preferência por determinados machos. Nesse caso, o macho pode fornecer algo à fêmea que seja uma vantagem adaptativa. Por exemplo, a fêmea pode optar por um macho que apresente cuidado com a prole.

5. Como você classificaria o tipo de seleção sexual existente entre os pavões mostrados na fotografia ao lado? Os pavões apresentam seleção intersexual, já que é a fêmea que seleciona o macho com quem irá se reproduzir, baseada na exibição dessas penas. Casal de pavões. Note como as penas da cauda do macho são chamativas, demonstrando claro dimorfismo sexual.

Alguns equívocos sobre evolução Um equívoco comum é o de associar evolução ao progresso: algumas pessoas acreditam que evolução é a passagem de uma forma de vida inferior ou primitiva para uma forma de vida superior, progressiva. Mas evolução não significa apenas mudança, nem tampouco é direcionada. Leia o trecho a seguir, que explica o que é e o que não é evolução.

Ser vivo adulto Cabrito-montanhês: pode atingir 1,4 m de comprimento. Pavão: pode atingir 2,3 m de comprimento.

[...] Evolução significa mudança, mudança na forma e no comportamento dos organismos ao longo de gerações. As formas dos organismos, em todos os níveis, desde sequências de DNA até a morfologia macroscópica e o comportamento social, podem ser modificadas a partir daquelas dos seus ancestrais durante a evolução. Entretanto, nem todos os tipos de mudanças biológicas estão incluídos nessa definição [...]. Alterações ao longo do desenvolvimento durante a vida de um organismo não representam evolução em seu senso estrito, pois a definição refere-se à evolução como uma “mudança entre gerações”, de modo a excluir aspectos inerentes ao desenvolvimento. Uma mudança na composição de um ecossistema, que é formado por várias espécies, também não seria normalmente considerada como evolução. [...] RIDLEY, Mark. Evolução. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. p. 28.

Evolução

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geração 3

reprodução

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1

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geração 1

indivíduo

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

*Alguns processos não são influenciados pelo ambiente, como as mutações neutras que se fixam ao acaso por deriva genética.

Ilustrações produzidas com base em: MEYER, D.; EL-HANI, C. N. Evolução: o sentido da Biologia. São Paulo: Editora UNESP, 2005. p. 21.

Considere que cada linha retrata um organismo em que a representa uma altura menor em relação a a’. Nesse caso, ocorreu uma mudança evolutiva na população e na direção do aumento da altura (de a, para a’). Representação da evolução em escala populacional.

A evolução não é previsível. As mudanças evolutivas são influenciadas pelo ambiente,* com base nas variações genéticas que surgirem ao acaso na população ao longo do tempo. A evolução não segue um padrão linear, pois ela poderia ser representada por uma árvore ramificada e não como uma linha contínua. Em relação a esse aspecto, observe a comparação sobre a teoria evolutiva elaborada por Lamarck e por Darwin.

Segundo a teoria de Lamarck, a espécie se modificaria seguindo um padrão linear.

tempo

A evolução biológica é uma mudança nas propriedades das populações que ultrapassam o perío­d o de vida de um indivíduo. É importante ressaltar que um organismo sozinho não evolui, pois a evolução ocorre em populações e não nos genes, indivíduos ou espécies. As mudanças em uma população precisam ser transmitidas de uma geração a outra por meio do material genético. Veja ao lado.

tempo

Segundo a teoria de Darwin, ao comparar espécies distintas, estima-se que elas divergiram de um ancestral comum há bastante tempo e acumularam diferenças entre si e essa história de vida pode ser representada por uma árvore da vida (ao lado). O símbolo (†) indica que a espécie foi extinta.

Embora o livro A origem das espécies tenha sido um sucesso em termos de vendas, levou bastante tempo para que as teorias nele apresentadas fossem aceitas. Alguns pontos da teoria eram questionáveis: não se conseguia explicar, por exemplo, as diferenças sutis entre os indivíduos de uma população e como isso geraria novas espécies completamente distintas. Também não se conhecia o mecanismo de transmissão de características aos descendentes. As teorias darwinianas não explicavam por que, em algumas espécies, a prole se diferenciava dos progenitores com relação a algumas características. Alguns estudiosos buscaram respostas para a origem da variação na herança dos caracteres adquiridos, ideia defendida por Lamarck. O próprio Darwin chegou a admitir alguma influência desse processo, embora acreditasse que a seleção natural era o mecanismo principal. Entretanto, essa explicação caiu em descrédito quando o naturalista alemão August Weismann (1833-1914) apresentou evidências de que as características adquiridas não eram transmitidas à prole, o que levou os cientistas a reverem o padrão de herança proposto por Lamarck e outros estudiosos. Para que isso fosse revisto, foram necessários o reaparecimento dos trabalhos de Gregor Johann Mendel e o surgimento das teorias genéticas, que ainda não haviam sido resgatados quando Darwin lançou sua teoria. Além disso, o conceito de mutação, descoberto posteriormente, explicaria a origem da variação, validando as teorias de Darwin. Assim, a hereditariedade tornou possível sustentar o conceito de evolução.

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Existem outros tipos de evidências da evolução. Optamos por apresentar apenas algumas delas nesta coleção.

Mas como podemos comprovar que a evolução das espécies realmente aconteceu? As respostas estão nas evidências científicas que estudaremos a seguir, baseadas nos fósseis, nas estruturas anatômicas e no desenvolvimento embriológico.

Fósseis

Unidade 2

Evidências da evolução

Quando um indivíduo morre, as partes moles que o constituem passam pelo processo de decomposição; já as duras têm maior probabilidade de permanecer, depositar-se em rochas sedimentares e formar os fósseis.

Formação dos fósseis I II

III

Luciane Mori

organismo morto

camadas de rochas sedimentares Ilustrações produzidas com base em: WHITFIELD, P. História natural da evolução. Lisboa: Verbo, 1993. p. 22-23.

fóssil

I

Considere um organismo marinho que morre e permanece no fundo do mar. Suas partes moles sofreram decomposição e a parte dura permanecerá.

II

Com o passar do tempo, sedimentos depositam-se sobre o organismo formando camadas de rocha sedimentar.

III

Se um paleontólogo escavar o local, ele retirará camadas de rocha sedimentar formadas em diferentes épocas e encontrará o fóssil.

Como vimos anteriormente, a descoberta de fósseis gerou conflito, especialmente com as ideias fixistas, que passaram a ser questionadas. Surgiram questionamentos sobre o desaparecimento desses seres vivos e por que eles eram tão diferentes das espécies atuais. Georges Cuvier, por exemplo, tinha uma visão fixista e considerou que a Terra havia passado por diversos momentos, como dilúvios e erupções vulcânicas, que levaram à destruição das espécies. Apesar de acreditar na mudança das espécies, ele considerava-as regidas por uma força maior que, após cada catástrofe, repovoaria o planeta com novas espécies. Embora Cuvier explicasse as mudanças dos seres vivos ao longo do tempo, não respondia como espécies de determinados locais apresentavam semelhanças com fósseis de seres vivos já extintos. Também não era capaz de explicar por que, em uma mesma região, havia semelhanças entre os fósseis de diferentes estratos geológicos, isto é, que viveram em épocas bastante distintas. Em contrapartida, Darwin acreditava que as espécies só poderiam se diferenciar a partir de outras preexistentes e que os fósseis eram evidências da existência desses ancestrais. Evolução

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Elementos radioativos e datação de rochas Há diferentes maneiras de determinar a datação de um fóssil. A mais conhecida delas é por meio de isótopos radioativos. Entre eles, podemos citar o urânio, o potássio e o tório. Rochas magmáticas contêm isótopos radioativos como o urânio-238, cuja meia-vida é de 4,5 bilhões de anos (tempo que leva para que a quantidade inicial caia pela metade). Quando ele se desintegra, forma o chumbo-206. Para calcular a idade da rocha, o pesquisador deve calcular a relação entre a quantidade de urânio-238 e de chumbo-206. Já as rochas sedimentares não contêm isótopos radioativos. Para datá-las, os pesquisadores verificam sua localização em relação aos estratos formados por rochas magmáticas.

Fóssil da concha de um molusco conhecido como amonite, que viveu há mais de 130 milhões de anos.

PjrStudio/Alamy Stock Photo/Latinstock

Kevin Schafer/Alamy Stock Photo/Latinstock

Ann Baldwin/Shutterstock.com

Os fósseis podem ser formados por partes duras de organismos, como seus ossos ou conchas, vestígios deixados por eles, como pegadas ou moldes, ou, ainda, organismos inteiros congelados em âmbar. Veja a seguir.

Fóssil de Nilssonia, planta que data de mais de 65 milhões de anos atrás, impresso em rocha.

Fóssil de inseto preservado em âmbar, resina de vegetais, datado de mais de 50 milhões de anos atrás.

Biogeografia

Ser vivo adulto Camelo: pode atingir 3 m de comprimento. Lhama: pode atingir 1,2 m de comprimento.

B

Camelo A e lhama B .

6. Com base nos dados sobre camelos, qual dos continentes se separou da África primeiro, a Ásia ou a América? Explique. A América se separou antes, porque são encontrados camelos em ambos os continentes e há fósseis deles na América, indicando que já viveram nesse local e foram extintos.

imageBROKER/Alamy Stock Photo/Latinstock

A

Wolfgang Kaehler/LightRocket/Getty Images

A Biogeografia estuda a distribuição dos seres vivos no espaço durante o tempo. Seu estudo é muito importante tanto para os estudos ecológicos quanto evolutivos. Observe as fotografias abaixo.

Os camelos são encontrados na África e na Ásia e outro membro da mesma família, a lhama, é encontrado na América do Sul. Fósseis de camelos também foram encontrados na América do Norte. Como explicar essa distribuição se a Ásia e o continente africano estão separados, assim como a América? Uma explicação é dada pelo fato de que os continentes já foram unidos no passado e se dividiram, bem como os seres vivos que existiam nesses locais. Após a separação dos continentes, o processo contínuo de diferenciação das populações permitiu que os grupos divergissem em novas espécies, mantendo, ainda, diversas semelhanças entre si. Para Darwin e outros estudiosos, essa distribuição indicaria que esses animais se originaram a partir do mesmo ancestral. Quanto maior o tempo de separação entre continentes, maior o tempo de isolamento entre as populações, o que significa maior tempo para acumular diferenças entre si.

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Um dos mais ricos registros fósseis brasileiros encontra-se na bacia São José do Itaboraí, no Rio de Janeiro. Esse sítio paleontológico é conhecido como “berço dos mamíferos”, pois abriga fósseis preservados de animais como o gambá e o tatu. Esses fósseis foram de importância fundamental para a compreensão da evolução dos mamíferos sul-americanos.

Jan Sovak/Stocktrek Images/Corbis/Latinstock

Quando se trata de fósseis, um dos exemplos mais lembrados são os dos extintos dinossauros. Os sítios paleo­n tológicos Peirópolis e Serra da Galga, em Minas Gerais, possuem muitos fósseis de dinossauros, em ótimo estado de conservação. Além desses sítios, também é possível encontrar diferentes fósseis de mesossauros ao longo da Bacia do Paraná, que percorre desde o Rio Grande do Sul até Goiás e Mato Grosso. O sítio paleontológico Serra do Caiapó, em Goiás, destaca-se pelo abundante número de fósseis de mesossauros em ótimo estado de conservação.

Unidade 2

Sítios paleontológicos são regiões que, ao longo da história, propiciaram a formação e a preservação de fósseis. O estudo integrado dos diversos sítios paleontológicos espalhados pelo planeta é importante para compreender a evolução e a biogeografia das espécies. Até 2013, foram reconhecidos 37 sítios paleontológicos no Brasil, de acordo com a Comissão Brasileira de Sítios Geológicos e Paleobiológicos (SIGEP).

Representação de um mesossauro. Os mesossauros eram répteis nadadores e carnívoros, de aproximadamente um metro de comprimento. Seus fósseis podem ser encontrados na África e na América do Sul, evidência de que esses continentes foram unidos no passado. Albert Lleal/Minden Pictures/Latinstock

Paleontologia Encontro com...

Sítios paleontológicos do Brasil

Nos estados do Piauí, de Pernambuco e do Ceará, encontra-se o sítio paleontológico Membro Crato da Formação Santana, com muitos fósseis bem preservados, dos quais se destacam peixes, insetos e plantas angiospermas. A diversidade dos insetos e a variedade morfológica dos fósseis vegetais (caules, folhas, sementes, flores e frutos) fornecem um registro significativo para o estudo da evolução das angiospermas.

Os icnofósseis, fósseis formados por vestígios das atividades de animais, tais como pegadas e rastros deixados nos sedimentos, podem ser encontrados em diversos sítios paleontológicos brasileiros. Um exemplo são os registros da atividade fossorial de mamíferos extintos no Rio Grande do Sul: túneis de grandes dimensões, abertos ou preenchidos por sedimentos, com marcas de escavações e impressões corporais nas paredes. Esses registros fornecem informações sobre as espécies responsáveis por essas impressões, bem como sobre seu comportamento.

Fóssil de ranúnculo (Ranunculus sp.) à esquerda e de angiosperma aquática (Montsechia vidalii) à direita. O estudo dos fósseis de plantas recebe o nome de Paleobotânica. John Cancalosi/Alamy Stock Photo/Latinstock

Além de fósseis animais e vegetais, também é possível encontrar estromatólitos de diversos formatos no sítio paleontológico Fazenda Cristal, na Bahia. Estromatólitos são fósseis formados pela atividade de microrganismos em ambientes aquáticos.

Pegada de um dinossauro terópode, portanto um icnofóssil.

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7. Resposta pessoal. Sim, eles apresentam membros adaptados à natação.

Anatomia comparada Entre as evidências da evolução, estão as estruturas anatômicas das espécies.

Tubarão-branco.

Gavião-de-pé-curto.

A semelhança homóloga relaciona-se à divergência evolutiva, isto é, a uma característica que é compartilhada por um grupo de espécies e que estava presente no ancestral comum a elas.

Paul S. Wolf/Shutterstock.com

Golfinho.

Você já estudou que os tubarões são classificados como peixes cartilaginosos, que os golfinhos e baleias são mamíferos cetáceos e que os membros desses animais são adaptados à natação. Quando comparamos as nadadeiras dos tubarões com as dos peixes ósseos, elas apresentam estrutura similar e têm a mesma função. Ao comparar os membros dos golfinhos com os dos mamíferos terrestres, estes possuem a mesma origem embrionária, porém a função está relacionada à natação nos golfinhos e baleias e à locomoção nos animais terrestres. Além disso, os membros são estruturalmente diferentes entre si. Como vimos, os seres vivos apresentam algumas semelhanças anatômicas entre si, sejam elas na forma ou na função das estruturas que os compõem. Existem dois tipos de semelhanças: semelhança análoga e semelhança homóloga. A semelhança análoga (ou órgãos análogos) está relacionada à função das estruturas. As asas das aves, insetos e morcegos são exemplos de semelhança análoga, pois, embora tenham surgido de maneira independente em grupos distintos de seres vivos, são adaptações relacionadas a uma função específica: o voo.

Ivan Kuzmin/Shutterstock.com

A semelhança análoga relaciona-se à convergência evolutiva, isto é, a uma característica semelhante que evoluiu independentemente em duas espécies, mas que não estava presente no ancestral comum a elas. Darknesss/Shutterstock.com

Ser vivo adulto Baleia-jubarte (Megaptera novaeangliae): pode atingir mais de 15 m de comprimento. Borboleta (Heliconius ismenius): pode atingir cerca de 8 cm de envergadura. Gavião-de-pé-curto (Accipiter brevipes): pode atingir de 59 cm a 80 cm de envergadura. Golfinho (Delphinus capensis): pode atingir 2,5 m de comprimento. Morcego (Epomophorus gambianus): pode atingir de 12,5 cm a 25 cm de envergadura. Tubarão-branco (Carcharodon carcharias): pode atingir 8 m de comprimento.

Baleia-jubarte.

Arto Hakola/Shutterstock.com

7. Você considera que os membros dos animais das fotografias acima apresentam semelhanças? Qual é a importância deles?

Tory Kallman/Shutterstock.com

Natursports/Shutterstock.com

Observe as fotografias a seguir.

Borboleta.

Morcego.

A semelhança homóloga (ou órgãos homólogos) corresponde a uma estrutura de origem embrionária semelhante, proveniente de um ancestral comum, encontrada em dois ou mais grupos aparentados evolutivamente. A maioria dos tetrápodes (anfíbios, répteis, aves e mamíferos) apresentam membros com estrutura anatômica semelhante, os quais são chamados membros pentadáctilos. Trata-se de uma semelhança homóloga, herdada de um ancestral comum e, portanto, de origem semelhante. Mas não há relação de função, pois em cada grupo de tetrápodes houve diferenciação da estrutura relacionada ao modo de vida, como o voo, a natação, a corrida, entre outros.

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Veja uma comparação entre os membros anteriores de um morcego, uma baleia e um gato. úmero

rádio

ulna carpo

ulna

carpo

úmero

rádio ulna

metacarpo

metacarpo

falange

falange

Unidade 2

rádio

metacarpo

carpo

Ilustrações: N. Akira

úmero

falange Representação do membro anterior de um morcego.

Representação do membro anterior de uma baleia.

Representação do membro anterior de um gato.

Externamente, essas estruturas são bastante diferentes. Os dígitos do morcego são unidos por meio de uma membrana formada pela pele. Já os ossos de alguns dos dígitos da baleia são encurtados, formando uma estrutura que lembra uma pá, a qual empurra a água para que o animal possa nadar.

Ilustrações produzidas com base em: HOPSON, J. L.; WESSELLS, N. K. Essentials of Biology. New York: McGraw-Hill, 1990. p. 9.

O estudo dos caracteres homólogos compõe a base para a construção da filogenia das espécies. Nos estudos filogenéticos, são pesquisadas relações de parentesco entre os grupos, utilizando a hipótese de quais seriam seus ancestrais próximos.

Órgãos vestigiais Ser vivo adulto Cobra-coral (Micrurus fulvius): pode atingir de 50 cm a 1,2 m de comprimento. Patrick K. Campbell/Shutterstock.com

Existem estruturas consideradas vestigiais nos seres vivos, isto é, são semelhantes a estruturas funcionais de outros seres vivos, mas podem não ter função. Essas estruturas são denominadas órgãos vestigiais. As serpentes são exemplos de animais que apresentam órgãos vestigiais. Elas não têm pernas e utilizam os movimentos da musculatura do seu corpo para se locomoverem. Se dissecarmos uma serpente, encontraremos ossos similares aos da bacia de outros animais, indicando a presença de estruturas vestigiais. Embora essas estruturas não sejam utilizadas para locomoção, indicam que seus ancestrais apresentavam membros. Isso é comprovado pela análise de fósseis de ancestrais das atuais serpentes, as quais tinham os membros desenvolvidos, similares aos dos lagartos. Por essas e outras razões, serpentes são classificadas como répteis, assim como os lagartos atuais.

Os seres humanos também têm estruturas vestigiais. Um exemplo é o apêndice ileocecal, conhecido simplesmente como apêndice. Essa estrutura não tem qualquer função para o ser humano adulto, mas não foi perdida ao longo da evolução e é considerada uma estrutura vestigial. Essa estrutura é bem desenvolvida em mamíferos herbívoros e sua presença pode indicar possivelmente uma ancestralidade comum. apêndice ileocecal

Representação do intestino grosso humano.

Angelo Shuman

Cobra-coral-verdadeira. Assim como os demais tetrápodes, as serpentes possuem ossos nos membros posteriores, mas eles não são utilizados em sua locomoção.

Ilustrações produzidas com base em: PAULSEN, F.; WASCHKE, J. Sobotta: atlas de Anatomia humana: órgãos internos. v. 2. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. p. 86.

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Embriologia comparada Também é possível encontrar semelhanças em diferentes seres vivos ao compararmos seu desenvolvimento embrionário. Veja a seguir.

Embrião de gato com 2 semanas.

Science Picture LTD/SPL/Latinstock

Embrião de rato com 1,5 semana.

Eye of Science/SPL/Latinstock

Natalia Sinjushina & Evgeniy Meyke/Shutterstock.com

Quando comparamos os embriões de três mamíferos, não há dúvidas de que apresentam similaridades e diferenças entre si. Ratos, gatos e seres humanos (fotografias abaixo) têm em comum o fato de terem um ancestral, o qual originou os mamíferos.

Feto humano com 8 semanas.

Embrião de peixe.

Embrião de sapo.

Embrião de salamandra.

Oxford Scientific/Getty Images

Robert F. Sisson/National Geographic/Getty Images

Dr. Richard Kessel & Dr. Gene Shih/ Visuals Unlimited/SPL/Latinstock

Claude Nuridsany & Marie Perennou/SPL/Latinstock

Se assumirmos isso, também poderemos retornar a outro ancestral, como o que originou os tetrápodes atuais: peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos. Observe as fotografias a seguir.

Embrião de galinha.

Algumas estruturas presentes no início do desenvolvimento dos tetrápodes, como os arcos branquiais, estão presentes em todas as espécies desse grupo, mas não se desenvolvem para as trocas gasosas em todos eles. Essas estruturas se modificam durante o desenvolvimento embrionário, mas sua presença indica que elas foram herdadas de um ancestral comum e, portanto, correspondem a outra evidência da transformação das espécies ao longo do tempo.

Biologia e Tecnologia

Bioquímica comparada

Ao comparar a bioquímica dos seres vivos, podemos encontrar diversas similaridades: existem cinco tipos de nucleotídeos (adenina, timina, uracila, citosina e guanina), há 20 aminoácidos, o código genético é o mesmo e vários processos metabólicos são parecidos. Esses dados só foram possíveis de serem obtidos graças ao desenvolvimento da Biologia Molecular, as técnicas de sequenciamento de DNA* e as análises bioquímicas. Sobre isso, leia o trecho do texto a seguir. *Explique aos alunos que, na comparação do DNA de dois seres vivos, quanto mais distintos eles forem entre si, mais nucleotídeos diferentes eles terão, o que os torna mais afastados evolutivamente um do outro. Quanto mais próxima a sequência de DNA, mais semelhantes as proteínas formadas serão, indicando maior proximidade evolutiva.

[...] Hoje, podemos somar às observações de Darwin as descobertas da Biologia Molecular e da Bioquímica, das quais uma de grande importância diz respeito ao código genético. Esse código determina como as sequên­cias de nucleotídeos em moléculas de DNA são traduzidas para gerar as proteí­ nas, componentes fundamentais de nossas células. Os seres vivos dife­ rem no seu patrimônio genético, mas o mecanismo bioquímico que utiliza essa informação – o próprio código genético – é virtualmente idêntico em seres extremamente diversos. A imensa semelhança do código genético entre os mais diversos seres existe porque eles descendem de um mesmo ancestral, no qual o código originalmente surgiu. [...] MEYER, Diogo; EL-HANI, Charbel Niño. Evolução: o sentido da Biologia. São Paulo: Unesp, 2005. p. 28-29.

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor. Unidade 2

1. O que é fixismo?

2. Descreva a lei da transmissão dos caracteres adquiridos e a lei do uso e desuso. 3. Descreva no caderno as teorias evolutivas de: a ) Buffon;

b ) Lamarck;

c ) Darwin e Wallace.

4. Todas as características passam por seleção natural? 5. No caderno, diferencie: a ) seleção intersexual;

b ) seleção intrassexual.

6. Cite algumas evidências da evolução das espécies. 7. Qual é a diferença entre semelhanças análogas e semelhanças homólogas? Gemunu Amarasinghe/AP Photo/Glow Images

8. Em Mianmar, na Ásia, existe uma comunidade indígena conhecida

como Kayan Lahwi (ou Padaung). Nesse grupo, são consideradas atraentes mulheres de pescoço longo. As mulheres dessa comunidade possuem um costume interessante: utilizam argolas de bronze no pescoço a fim de alongá-lo. Desde jovens, elas colocam as argolas e, conforme crescem, acrescentam mais argolas e, assim, as mais velhas apresentam pescoços mais longos. As argolas também são utilizadas nos pulsos e tornozelos, para afiná-los. Mulheres da comunidade Kayan Lahwi, em Mianmar, 2015. Elas são conhecidas popularmente como mulheres-girafa por causa dos pescoços alongados.

Leia as frases a seguir. Qual delas está baseada nas ideias de Lamarck? Explique. a ) Com o tempo, as mulheres dessa comunidade passarão a nascer com o pescoço alongado, sem que seja necessário utilizar as argolas. b ) Mulheres de todas as gerações desse povoado precisarão utilizar as argolas para terem um pescoço alongado, pois essa característica não é herdável.

9. O pesquisador inglês Bernard Kettlewell (1907-1979) estudava uma espécie de mariposa, a Biston betullaria, que se apresenta nas formas clara e escura. Ele notou que, em locais considerados poluídos e com grande quantidade de fuligem, havia maior incidência de mariposas escuras, enquanto nos locais considerados menos poluídos, havia predominância de mariposas claras. Para explicar suas observações, Kettlewell elaborou a hipótese de que, nos locais mais poluídos, os troncos das árvores eram mais escuros, onde as mariposas escuras ficariam mais camufladas e seriam menos predadas. As mariposas claras ficariam mais camufladas nos troncos mais claros dos locais menos poluídos. a ) As hipóteses de Kettlewell para as mariposas se assemelham às ideias de Lamarck ou de Darwin? Explique. b ) Suponha que o local considerado menos poluído se tornasse, com o passar de algumas décadas, um local urbanizado, com grande presença de poluentes atmosféricos. Qual das mariposas teria mais chances de sobrevivência? Justifique.

10. Rafael deparou-se com a notícia na televisão: “Há um aumento na quantidade de casos de mortes causadas por bactérias resistentes aos antibióticos comuns.” Com base nessa notícia, Rafael elaborou duas hipóteses para explicar o problema. Hipótese A: os antibióticos levaram ao aparecimento de bactérias resistentes e elas passaram a se multiplicar, transmitindo essa característica às gerações seguintes. Hipótese B: as bactérias mais resistentes aos antibióticos foram selecionadas e as menos resistentes não sobreviveram. As bactérias selecionadas passaram a se multiplicar, transmitindo essa característica às gerações seguintes. a ) Qual das hipóteses acima foi formulada com base nas teorias de Lamarck? Que lei presente na teoria de Lamarck está contemplada nela? b ) Qual das hipóteses foi formulada com base nas teorias de Darwin? Que teoria de Darwin está presente nessa hipótese? Evolução

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11. Observe o esquema a seguir, que mostra a evolução das espécies viventes do grupo do gato

Bildagentur Zoonar GmbH/ Shutterstock.com

Gerard Lacz/VW Pics/ ZUMA Wire/Easypix

João Prudente/ Pulsar

Gato-bravo-de-patas-negras (Felis nigripes) África

Gato-bravo-europeu (Felis silvestris silvestris) Europa

Mint Frans Lanting/ Mint Images/Easypix

Gato-da-selva (Felis chaus) Ásia e parte da África

Gato-do-deserto (Felis margarita) Ásia e África

FLPA/Alamy Stock Photo/Latinstock

Gato-chinês-do-deserto (Felis bieti) China

Roland Seitre/ naturepl/Isuzu Imagens

doméstico.

Ser vivo adulto Gato-bravo-de-patas-negras (Felis nigripes): pode atingir de 19 cm a 70 cm de comprimento.

Gato doméstico (Felis catus) Em todos os continentes, exceto na Antártida

Gato-bravo-europeu (Felis silvestris silvestris): pode atingir 1,1 m de comprimento.

EcoPrint/ Shutterstock.com

Edo Schmidt/ Alamy Stock Photo/Latinstock

Gato-chinês-do-deserto (Felis bieti): pode atingir de 0,9 m a 1,2 m de comprimento. Gato-da-selva (Felis chaus): pode atingir de 1 m a 1,6 m de comprimento. Gato-de-pallas (Otocolobus manul): pode atingir de 73 cm a 93 cm de comprimento. Gato-do-deserto (Felis margarita): pode atingir de 61 cm a 83 cm de comprimento.

Gato-de-pallas (Otocolobus manul) Ásia

Gato doméstico (Felis catus): pode atingir cerca de 76 cm de comprimento. Gato-selvagem-africano (Felis silvestris lybica): pode atingir 1,1 m de comprimento.

ancestral comum

Gato-selvagem-africano (Felis silvestris lybica) África

Ilustração produzida com base em: SUNQUIST, Melvin; SUNQUIST, Fiona. Wild cats of the world. Chicago: The University Chicago Press, 2002. p. 14.

A partir do esquema acima, considere as inferências abaixo como verdadeiras ou falsas. Reescreva as falsas no caderno, corrigindo-as. a ) O ancestral comum a Felis nigripes e Felis chaus é Felis margarita. b ) Felis silvestris silvestris, Felis catus e Felis silvestris lybica têm um ancestral comum. c ) Felis chaus e Felis bieti têm um ancestral comum. d ) O gato-bravo-europeu e o gato-selvagem-africano são classificados no mesmo gênero e espécies diferentes. e ) Todas as espécies acima têm um ancestral em comum. f ) O ancestral dos felinos acima surgiu na América. g ) O gato doméstico é o resultado do cruzamento entre Felis silvestris silvestris e Felis silvestris lybica.

12. (UFRN) Atualmente, a História da Ciência procura entender como o conhecimento foi construído em determinada época, de modo contextualizado, e considera que cada cultura e tempo têm questões peculiares a serem solucionadas. Nesse contexto, em relação às teorias evolutivas, Jean Baptiste de Lamarck a ) era defensor de que as espécies não evoluíam de outras espécies. b ) acreditava que os seres vivos não se modificavam ao longo do tempo. c ) propôs o princípio da seleção natural antes mesmo de Darwin. d ) foi um dos primeiros pesquisadores a propor que os seres vivos evoluíam.

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13. (Udesc-SC) Analise as proposições quanto às teorias da evolução dos organismos, e assinale (V) para verdadeira e (F) para falsa [no caderno].

Unidade 2

( ) Jean-Baptiste de Lamarck acreditava que os organismos mais simples se transformariam, por meio de recombinação dos genes, em organismos mais complexos. ( ) Gregor Mendel postulou a “Lei da segregação” que descreve que a evolução é contínua e gradual, e as espécies evoluem por meio de especiações e mutações. ( ) De acordo com a teoria da “Seleção Natural”, proposta por Charles Darwin, as variações favoráveis tendem a se manter ao longo das gerações, e as desfavoráveis tendem a ser eliminadas. ( ) Segundo a “Lei da transmissão dos caracteres adquiridos”, proposta por Jean-Baptiste de Lamarck, as modificações que ocorrem no organismo resultantes do uso ou desuso são transmitidas aos descendentes. ( ) Gregor Mendel criou o conceito de “geração espontânea” em que os organismos vivos surgiam da matéria em decomposição. Assinale a alternativa que contém a sequência correta, de cima para baixo. b) ( ) F – V – F – F – V c) ( ) F – F – V – V – F a) ( ) V – F – V – F – F d) ( ) F – F – V – F – V e) ( ) V – V – F – F – F

14. (Ufam) Segundo Charles Darwin (1809-1882), a evolução é um processo lento e gradual. Ao comparar estruturas homólogas, órgãos vestigiais e o desenvolvimento embriológico, Darwin adicionou evidências à sua ideia evolucionista. Analise as afirmativas a seguir: I ) A seleção natural não cria seres resistentes, ela os seleciona. II ) Lamarck sugeriu que as espécies evoluem através de descendência com modificações. III ) Uma característica favorável, herdada, sempre será favorável a certo indivíduo independente de mudanças dos fatores ambientais. IV ) A seleção natural gera organismos resistentes em uma população onde eles não existiam. V ) Indivíduos que herdam características que lhes conferem maior probabilidade de sobrevivência e reprodução podem gerar uma prole mais numerosa. VI ) A seleção natural é exclusiva dos seres vivos, portanto vírus não evoluem, pois o Darwinismo não se aplica a eles, afinal não são seres vivos. Assinale a alternativa correta: a ) Somente as afirmativas I e V estão corretas. c ) Somente as afirmativas V e VI estão corretas. e ) Todas as afirmativas estão incorretas.

Refletindo sobre o capítulo

b ) Somente as afirmativas II, III e VI estão corretas. d ) Todas as afirmativas estão corretas.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Retome a página 111. É possível afirmar que o elefante-africano, o elefante-asiático e o mamute têm um ancestral comum? Explique. B Que características do Grand Canyon, apresentadas na página 112, permitem inferir sobre a evolução das espécies no planeta? C Por que a teoria de Buffon, mostrada na página 114, foi importante para o estudo da evolução, já que essa teoria não é aceita atualmente? D No caderno, elabore um quadro comparativo entre as teorias de Buffon (B), Lamarck (L) e Darwin/Wallace (D/W). Identifique qual(is) dos evolucionistas apoiava(m) suas teorias nas ideias a seguir: as espécies se transformam ao longo do tempo; há um molde a partir do qual as outras espécies evoluíram; as espécies são relacionadas entre si pela existência de ancestral comum; a evolução é linear; a evolução é gradual; a seleção natural é o mecanismo responsável pela descendência com modificação nas espécies; os caracteres adquiridos são herdáveis; o ambiente gera alteração direta nas características dos seres vivos. Evolução

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20thCentFox/Courtesy Everett Collection/Easypix

capítulo

Pôster do filme X-men — dias de um futuro esquecido, dirigido por Bryan Singer e lançado no Brasil em 2014.

A) Nessas histórias, as mutações ocorrem nos genes de algumas pessoas, conferindo-lhes habilidades super-humanas. B) Resposta pessoal. Espera-se que os alunos percebam que determinadas modificações genéticas estão relacionadas à evolução das espécies. C) Resposta pessoal. Espera-se que os alunos percebam que os autores das histórias dos X-men utilizaram o preconceito com relação aos mutantes para criticar determinados problemas da sociedade atual, na qual pessoas consideradas diferentes são segregadas das demais ou podem ser alvo de discriminação.

Genética de populações e Síntese moderna da Evolução Na década de 1960, os estadunidenses Stan Lee (1922-) e Jack Kirby (1917-1994) criaram personagens que tinham habilidades especiais devido a mutações genéticas – os X-men. Nessa história, embora os personagens mutantes sejam geneticamente semelhantes aos seres humanos, eles apresentam características (fenótipos) que os diferem expressivamente. As mutações lhes conferem diferentes habilidades super-humanas, entre elas: poder de telepatia (manipulação de mentes); capacidade de manipular metais, ou fogo, causando incêndios, ou água, congelando-a; capacidade de regeneração tecidual; capacidade de voar ou de se teleportar; entre outras habilidades. Devido a essas características, eles são considerados aberrações pelos não mutantes, causando-lhes reações como medo, e, com isso, passam a ser vítimas de preconceitos. Entre os mutantes, há personagens como o professor X, ou Charles Xavier, que defendem uma sociedade em que humanos e mutantes vivam harmoniosamente, e outros como Magneto, que considera que eles estão um passo adiante na evolução humana e, por isso, devem ser temidos. A Explique o conceito de mutação utilizado nas histórias de Stan Lee e Jack Kirby. B Segundo o personagem Magneto, os X-men estão à frente dos humanos não mutantes quando se trata da evolução da espécie. Você considera que as mutações estejam relacionadas à evolução de uma espécie? C As mutações mostradas no filme X-men causam reações negativas, como o medo nas pessoas não mutantes. Você consegue comparar essas reações e o preconceito com as situações que acontecem na sociedade real?

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Genética de populações Unidade 2

Existe uma área da Biologia evolutiva que estuda a Genética de populações e que busca analisar as frequências de genes e seus alelos em uma determinada população. Esse estudo visa compreender como algumas características estão distribuídas entre a população, quais fatores influenciam sua ocorrência e também busca fazer previsões sobre a história das populações. A Genética de populações pode ser usada em diversas situações, por exemplo, para descobrir por que uma doença como a anemia falciforme é mais prevalente na população africana do que nas demais. Ela também pode ajudar a entender as frequên­ cias alélicas de determinadas populações de animais ameaçados de extinção, o que poderia ser útil na elaboração de estratégias de conservação. AA

Para chegar a essas conclusões, esse estudo se baseia em duas variáveis, a frequência gênica ou alélica, e a frequência genotípica. Considere uma população com oito indivíduos, com um gene que pode apresentar dois alelos: A e a e três genótipos: AA, Aa e aa. Observe ao lado. Para entender como as características se distribuem na população, é necessário quantificar a variação genética existente. Veja a seguir como isso é realizado.

Aa AA

aa Aa Aa AA

Frequência genotípica

••Para

encontrar a frequência dos genótipos ou frequência genotípica, devemos encontrar a razão entre a quantidade de indivíduos de cada genótipo e o total da população. Frequência de AA =

3 = 0,375 8

Frequência de aa =

2 = 0,25 8

aa

Frequência de Aa =

Distribuição de genótipos de uma população com oito indivíduos.

3 = 0,375 8

••O próximo passo é simbolizar as frequências genotípicas de maneira algébrica.

Para isso foram convencionadas as letras P, Q e R para representar a proporção de cada genótipo. Genótipo

AA

Aa

aa

Frequência

P

Q

R

••Finalmente,

devem-se converter as proporções em porcentagens e o total deve ser de 1 ou 100%. P

Q

R

Total

Proporção numérica

0,375

0,375

0,25

1

Porcentagem

37,5%

37,5%

25%

100%

Representação algébrica

Frequência gênica

• •Para obter a frequência alélica (ou gênica), é feita a contagem das frequências de

cada alelo do gene na população estudada. No exemplo, como cada genótipo tem dois alelos, há um total de 16 alelos no loco estudado na população de oito indivíduos. Obtém-se, portanto, a razão entre as quantidades. Frequência de A =

9 = 0,5625 16

Frequência de a =

7 = 0,4375 16 Evolução

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••Em seguida, devem-se converter os valores da frequência gênica em representações algébricas, onde p será a frequência de A e q, a frequência de a. p = 0,5625

q = 0,4375

Quando p é a frequência do alelo A e q é a frequência do alelo a, então, tem-se que: p+q=1

• •É

possível calcular as frequências gênicas a partir das frequências genotípicas obtidas anteriormente. Veja a seguir.

1. Realize os cálculos no caderno.

p=P+

1 Q 2

q=R+

1 Q 2

1 . 0,375 2 1 . 0,375 q = 0,25 + 2 p = 0,375 +

O matemático inglês Geofrey Harold Hardy (1877-1847) e o médico alemão Wilhelm Weinberg (1962-1937) investigaram a dinâmica de genes em populações naturais. Eles apresentaram os resultados de seus trabalhos em 1908 e o nome “Equilíbrio de Hardy-Weinberg” é uma homenagem aos dois.

Equilíbrio de Hardy-Weinberg

p = 0,5625 q = 0,4375

A partir da frequência gênica de uma geração, é possível estimar a frequência genotípica da geração seguinte. Essa estimativa pode ser obtida por meio do Equilíbrio de Hardy-Weinberg. Veja como ele é obtido. Considere uma população com reprodução sexuada, em que os alelos se segregam durante a meiose. Um cruzamento entre indivíduos com característica intermediária (heterozigoto) resulta em uma população formada por indivíduos intermediários e organismos com características extremas, que são os homozigotos. Se na população a reprodução é aleatória em relação ao lócus A, considere que a frequência desse alelo é 0,6, tanto nos gametas masculinos quanto femininos. A probabilidade de um espermatozoide ou de um ovócito aleatório ter o lócus A é de: 0,6 . 0,6 = 0,36 = 36% Assim, a frequência alélica da prole seria de 36% de A/A. Logo, a prole a/a será de: 0,4 . 0,4 = 0,16 = 16% A probabilidade de um gameta masculino A e um gameta feminino a se combinarem formando um heterozigoto Aa é de: 0,6 . 0,4 = 0,48 = 48% A probabilidade de um gameta masculino a e um feminino A se combinarem é a mesma. Por isso, a variação é mantida em uma população e as proporções de homozigotos e heterozigotos em uma população se mantêm em gerações sucessivas. Isso forma uma distribuição de equilíbrio, que pode ser calculada por: Genótipo

AA

Aa

aa

Frequência

p2

2pq

q2

Logo, p2 + 2pq + q 2 = 1 é a fórmula do equilíbrio de Hardy-Weinberg. Você pode estar se perguntando: por que o “2” em 2pq? A resposta está na probabilidade. Considere a probabilidade de, em dois lançamentos de uma moeda, ocorrerem duas caras, que 1 2 1 2 é de e o mesmo de obter duas coroas. A chance de sair uma cara e uma coroa é de 2 . , 2 2 pois pode sair uma cara e depois uma coroa, ou pode sair uma coroa e depois uma cara. Se fizermos uma analogia, o alelo A é cara e o alelo a é coroa. Duas caras são AA; duas coroas, aa; uma cara e uma coroa, Aa; uma coroa e uma cara aA. A probabilidade de obter duas caras é 1 1 2 1 ; assim, p = . Já a chance de ocorrer uma cara e uma coroa é de 2pq, ou 2 . . Como há 2 2 2 duas maneiras de obter uma cara e uma coroa, multiplica-se por “2”. E da mesma maneira, há duas possibilidades de surgir Aa, pois o gene A pode vir do pai e o a, da mãe, ou o gene a pode vir do pai e o A, da mãe, resultando em um descendente Aa em ambos os casos.

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Unidade 2

O teorema de Hardy-Weinberg foi formulado no início do século XX e mostrou como os padrões estudados na herança mendeliana podem manter as variações genéticas. Esse teorema depende de alguns princípios básicos: a população analisada deve ser grande, os cruzamentos devem ser aleatórios, a seleção natural não pode atuar e não devem ocorrer migrações. É evidente que é difícil aplicar o teorema de Hardy-Weinberg em populações naturais, pois isso depende da ausência de seleção natural e de cruzamentos aleatórios, fatores raramente encontrados. Geneticistas populacionais, entretanto, utilizam esse teorema para comparar proporções genotípicas em determinadas populações e, caso encontrem desvios dos valores esperados, analisam o que pode estar interferindo na amostra para que isso ocorra. Assim, o resultado pode ser um indicativo de que é necessário estudar a população em questão. Conforme já visto, a análise da proporção genotípica de uma população segue diversas etapas, as quais são simplificadas quando se aplica o teorema de Hardy-Weinberg. Para que as proporções genotípicas da geração seguinte possam ser encontradas, é preciso conhecer as frequências genotípicas dos adultos da população analisada e aplicar o teorema. Isso é possível porque, de maneira geral, as frequências gênicas não mudam entre os adultos de uma geração e os recém-nascidos da geração seguinte.

Atividade resolvida Na espécie humana, além do sistema ABO, existem diversos tipos sanguíneos, como é o caso do sistema MN, que é considerado um exemplo de codominância. Veja a seguir. Fenótipo

M

MN

N

Genótipo

MM

MN

NN

Considere uma amostra de 6 129 pessoas. Em americanos descendentes de europeus, a frequência do gene M é 0,54. a ) Se a população está em equilíbrio de Hardy-Weinberg, calcule a frequência de homozigotos e heterozigotos nessa população. Resolução

••Se p = 0,54, então a frequência de q é:

p+q=1

0,54 + q = 1

q = 0,46

Calculando a frequência de MM, MN e NN nessa população, temos que:

• •A frequência de homozigotos MM é: p = (0,54) = 0,2916 ••A frequência de heterozigotos MN é: 2pq (MN) = 2 . 0,54 . 0,46 = 0,4968 ••A frequência de homozigotos NN é: q = (0,46) = 0,2116 2

2

2

2

b ) Quantas pessoas são MM, MN e NN nessa população?

••Se

a frequência genotípica de MM é de 0,2916, a porcentagem de pessoas com esse genótipo é de 29,16%. Logo: 6 129 = 100% x 29,16%

x = 1 787

Assim, há 1 787 pessoas com genótipo MM e fenótipo M.

••Se

a frequência genotípica de MN é de 0,4968, a porcentagem de pessoas com esse genótipo é de 49,68%. Logo: 6 129 = 100% x 49,68%

x = 3 045

••Se

Há 3 045 pessoas com genótipo MN e fenótipo MN.

a frequência genotípica de NN é de 0,2116, a porcentagem de pessoas com esse genótipo é de 21,16%. Logo: 6 129 = 100% x 21,16%

x = 1 297

Nessa população, 1 297 pessoas apresentam genótipo NN e fenótipo N. Evolução

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Síntese moderna evolutiva A teoria de Darwin e Wallace não conseguiu responder a algumas questões evolutivas, em parte, por causa da ausência de conhecimentos sobre Genética. Essas dúvidas eram sobre como as diferenças sutis entre os indivíduos de uma população poderiam gerar novas espécies completamente diferentes. Também não havia conhecimento sobre o mecanismo de transmissão das características aos descendentes. Embora a teoria de Darwin e Wallace assumisse que as espécies sempre poderiam variar, os trabalhos de Mendel apontavam para a existência de variação dentro das populações, porém limitada. Além disso, no início do século XX, foi descoberta a ocorrência das mutações postuladas na época como alterações herdáveis dos fatores genéticos. Esse fato era desconhecido por Darwin e Wallace e colocou em dúvida a existência da seleção natural como processo que levava à mudança evolutiva. Essa aparente discrepância entre as descobertas mendelianas e as teorias darwinianas reacendeu os debates evolucionistas. Com isso, alguns estudiosos defensores da Genética mendeliana passaram a combater as ideias de Darwin, pois acreditavam que novas espécies surgiam por causa da mutação e, assim, sua origem não tinha relação com a seleção natural. A partir dessas críticas, no século XX, alguns estudiosos tentaram unir as ideias darwinistas e mendelianas em uma teoria evolutiva, fazendo surgir, então, a Síntese moderna evolutiva ou Síntese moderna da Evolução, também conhecida como Teoria sintética da Evolução. Nessa teoria, foram reunidas contribuições da Genética, da Sistemática e da Paleontologia ao estudo evolutivo, reconciliando a teoria darwinista e as descobertas sobre a hereditariedade.

ck

Am

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ophic al S o cie t y / SP

L/

La

t in

s

Retrato de Ronald Fisher.

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Retrato de George Gaylord Simpson.

r ic an P hil o s o p h A m e / SP L / L a t i ic al ns t o ie t y ck Soc

SP L / L a t ins t o c k

SP L / L a t ins t o c k

Esses novos estudos desenvolveram a noção de que espécies são populações isoladas reprodutivamente de outras, e não somente tipos morfológicos semelhantes entre si. Participaram desses estudos os ingleses Ronald Fisher (1890-1962) e John Haldane (1892-1964), e o estadunidense Sewall Wright (1889-1998). Esses pesquisadores mostraram que mesmo pequenas diferenças na frequência dos genes poderiam causar uma mudança evolutiva.

Retrato de John Haldane.

Retrato de Sewall Wright.

Na década de 1930, surgiram trabalhos relacionados à genética de populações, nos quais se destacaram pesquisadores como o ucraniano Theodosius Dobzhansky (1900-1975), o alemão Ernst Mayr (1904-2005), o estadunidense George Gaylord Simpson (1902-1984), entre outros. Seus trabalhos nortearam os princípios da síntese evolutiva. Veja esses princípios a seguir. ••As populações apresentam variações genéticas, que surgem a partir de mutações ao acaso e da recombinação gênica. ••As populações evoluem por causa de mudanças na frequência alélica, que ocorrem por causa da seleção natural, da deriva genética aleatória e do fluxo gênico, conceitos que estudaremos mais adiante nesse capítulo. A evolução depende de fatores que modificam as frequências de alelos e de genótipos em uma população. Entre esses fatores, estão: a mutação, a recombinação gênica, o fluxo gênico (migração), a deriva genética, os cruzamentos preferenciais e a seleção natural, os quais serão abordados a seguir.

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De maneira geral, as mutações podem ser consideradas modificações que ocorrem na sequência dos pares de bases nitrogenadas de uma molécula de DNA, ou mudanças na estrutura ou na quantidade de cromossomos de um indivíduo. As mutações contribuem para a evolução dos seres vivos, pois provocam variações nos indivíduos de uma população. Por exemplo, a mutação pode alterar a capacidade de adaptação de um indivíduo deixando-o propenso a sobreviver em certo ambiente, sob determinadas condições. A seleção natural atua na manutenção das mutações que conferem vantagem à espécie. Veja alguns tipos de mutação gênica. Considere uma proteína selvagem, com função celular específica, que não sofreu mutação em seu gene.

Selvagem.

Se considerarmos uma mutação que altere o tempo de florescência de uma espécie de planta, o indivíduo mutante, que forma flores e sementes antecipadamente, poderá obter vantagem em relação aos demais por antecipação. As sementes formadas não competem com as demais por espaço e pelos nutrientes no solo; assim, conseguem deixar mais descendentes. Como vemos, a seleção natural atua selecionando as mutações que conferem vantagem à sobrevivência/ reprodução da espécie.

Algumas mutações nos genes causam perda na função dessa proteína. Observe.

Pontual.

Interrupção (truncação).

As mutações podem ser induzidas por agentes denominados mutagênicos, entre eles agentes químicos, como o ácido nitroso e a nicotina, e agentes físicos, como a radiação ultravioleta (UV).

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

Existem mutações gênicas que levam à produção de proteínas com atividade modificada. Essas proteínas podem ser ativas ou superativas.

Mutação em que a proteína se torna superativa (ganho de função).

Algumas mutações são condicionadas por outras situações. Por exemplo, caso a mutação seja sensível a mudanças de temperatura, a proteína pode ser ativa em uma determinada temperatura e inativa em outra.

Proteína inativa a 37 ºC.

Proteína ativa a 25 ºC.

A maioria das mutações é neutra e não afeta a adaptação dos seres vivos. As mutações neutras geralmente ocorrem fora das regiões codificantes ou não alteram o aminoácido, portanto não se tornarão vantajosas dependendo do ambiente. Apesar de a frequência de mutações naturais ser baixa em uma população (uma em um milhão), ela é suficiente para gerar diversidade genética.* *Uma mutação pode ser responsável por modificações em vários genes.

É importante ressaltar que apenas as mutações que ocorrem nos gametas podem ser transmitidas aos descendentes. Já as que ocorrem nas células somáticas atingem somente o indivíduo que porta a mutação.

Deleção. Ilustrações produzidas com base em: ALBERTS, Bruce et al. Fundamentos da Biologia celular. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. p. 673.

2. É possível afirmar que as mutações são sempre benéficas à espécie? 3. Que tipos de problemas os agentes mutagênicos, como a nicotina e os raios UV, podem causar à saúde? 2. Não, pois, dependendo da mutação, ela poderá afetar a sobrevivência da espécie ou não ter nenhum efeito. 3. Esses agentes podem causar mutações que afetam o funcionamento das células, por exemplo, propiciando o desenvolvimento de tumores.

Evolução

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Unidade 2

Mutações

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Recombinação gênica

*Na meiose, os gametas haploides formam-se a partir de células diploides, quando os homólogos podem se combinar livremente. Durante esse processo pode ocorrer o crossing-over, que é a troca de segmentos dos cromossomos homólogos.

Assim como a mutação, a recombinação gênica aumenta a variabilidade genética de uma população. Ambas atuam em conjunto: enquanto a mutação altera a sequência de nucleotídeos, a recombinação gênica permite a troca de trechos da molécula de DNA, misturando a informação genética dos organismos parentais.* A recombinação consiste na troca de segmentos de DNA entre cromossomos homólogos de origem materna e paterna, misturando os genes parentais. Esse processo resulta em um significativo aumento das combinações genéticas, presentes nos gametas das espécies com reprodução sexuada. A recombinação gênica é aleatória e pode ocorrer ou não em qualquer parte do DNA. Veja o esquema a seguir.

Recombinação gênica Recombinação em nível cromossômico cromátides-irmãs

recombinação quiasmas

Considere um par de cromossomos que se quebram no mesmo ponto e se recombinam.

Recombinação em nível gênico

alelo A

alelo a

alelo B

alelo b

A

a

B

b

c

C

recombinação alelo C

4. Tanto as mutações quanto a recombinação gênica promovem a variabilidade genética. Diante disso, explique o que, então, as diferencia.

1

2

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2

Ilustrações produzidas com base em: RIDLEY, Mark. Evolução. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. p. 60.

Recombinação em nível de nucleotídeos

C T A C G A T G C A

G A T G C T A C G T

G A A G C T A C G T

A T T C G A T G C A

segmentos de molécula de DNA

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1

recombinação

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

A recombinação gênica se caracteriza por uma nova recombinação entre os genes existentes, diferente das mutações, que modificam esses genes.

alelo c

Considere dois cromossomos em que a recombinação ocorra nos genes e um alelo é alterado.

G A T G C T A C G T

G A A G C T A C G T

C T T C G A T G C A

G A A G C T A C G T

G A T G C T A C G T

C T A C G A T G C A

Considere uma sequência de bases nitrogenadas em um segmento de molécula de DNA. A recombinação mistura a sequência de nucleotídeos de cromossomos homólogos.

recombinação**

**Apenas uma das fitas está representada.

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Deriva genética

Unidade 2

A deriva genética ocorre quando eventos ao acaso promovem modificação nas frequências alélicas de uma determinada população. Esse processo ocorre nos lócus (loci) de todas as populações, mas tem efeitos maiores em populações menores. Quando as populações são muito pequenas, constituídas por um grupo reduzido de indivíduos que contribuem com genes para a próxima geração, a deriva genética influencia na direção da mudança das frequências alélicas. Nesse caso, alguns alelos podem aumentar em frequência na população, enquanto outros são eliminados totalmente ao acaso. Esses eventos são chamados gargalos populacionais e ocorrem quando a diversidade genética é reduzida por causa da deriva genética. Esse efeito pode ser encontrado em animais ameaçados de extinção. Considere, por exemplo, uma situação envolvendo duas populações de mamíferos da mesma espécie, vivendo em locais diferentes. Na região A, os mamíferos foram caçados indiscriminadamente, ocasionando uma redução drástica em sua população. Enquanto isso, na região B, os animais foram conservados. Após algumas décadas, a população da região A se recuperou em quantidade e expandiu. Quando pesquisadores mapearam a sequência de proteínas das duas populações, notaram que, na população B, a taxa de diversidade era muito maior do que na população A. Veja uma explicação para essa situação no esquema a seguir.

Efeito gargalo populacional

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

Ilustrações produzidas com base em: PURVES, W. K. et al. Vida: a ciência da Biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 403.

Na população A, antes da caça, as frequências dos alelos rosa e verde eram iguais.

A população resultante apresenta frequências alélicas diferentes da população antes da caça.

A caça indiscriminada causou uma redução acentuada da população, que passou por um gargalo populacional.

Na população atual, já recomposta, a frequência alélica é diferente da frequência anterior à caça. Com isso, há mais alelos rosa do que verdes.

Essa perda de diversidade genética gerou uma preocupação entre os biólogos, pois temem que a população A seja afetada, caso ocorra uma mudança ambiental repentina no futuro.

Efeito do fundador e cruzamentos preferenciais Outro exemplo de deriva genética envolve o efeito do fundador, que ocorre quando indivíduos pioneiros colonizam um novo local. A população resultante do cruzamento entre esses indivíduos terá frequência alélica parecida com eles e não com os indivíduos da população de onde partiram esses pioneiros. Esse efeito é semelhante ao do gargalo populacional. Há também casos de cruzamentos preferenciais, em que indivíduos com determinado genótipo cruzam mais frequentemente com indivíduos do mesmo ou de diferentes genótipos. Nesse caso, as proporções de homozigotos e heterozigotos serão diferentes do esperado. Caso haja maior cruzamento de homozigotos, na geração seguinte, os genótipos homozigotos aparecerão com maior frequência do que os heterozigotos. Evolução

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Migração A migração ou fluxo gênico ocorre quando indivíduos (migrantes) chegam a uma nova localidade. Eles podem acrescentar alelos à população nativa ou modificar suas frequências alélicas. O fluxo gênico das populações varia muito entre os organismos, pois depende da capacidade de locomoção ou dispersão dessas populações. Veja o exemplo a seguir.

*Ou somente os indivíduos de coloração preta. **O alelo para a coloração escura não é completamente dominante sobre a coloração clara. 5. Não necessariamente. Se essas diferenças fenotípicas não forem resultado de diferenças genotípicas, elas não serão selecionadas e não gerarão resposta evolutiva.

Susan & Allan Parker/Alamy Stock Photo/Latinstock

5. Considere que a seleção natural favoreceu plantas altas em vez de plantas baixas, em um determinado local. Isso significa que todas as plantas altas sobreviverão e se reproduzirão com mais sucesso do que as plantas baixas? Explique.

Representação do fluxo gênico Considere duas populações, uma de besouros verdes A e outra de besouros marrons B , ambas de mesma espécie. A

B Guilherme Casagrandi

Na ausência da seleção natural, a migração irá igualar as frequências gênicas de populações de uma mesma espécie. Contanto que a taxa de migração seja maior do que zero, as frequências gênicas de duas populações de mesma espécie tendem a se igualar.

Ilustrações produzidas com base em: Entendendo a Evolução. Disponível em: <www.ib.usp.br/evosite/ evohome.html>. Acesso em: 18 maio 2016.

A

Um besouro marrom da população B migra para a população A .

após várias gerações

Após diversas gerações, na ausência de seleção natural, passa a haver besouros verdes e besouros marrons nesta população.

Seleção Vimos a importância da seleção natural na teoria de Darwin e Wallace no capítulo anterior. A seleção ocorre quando uma determinada característica fenotípica ocasiona diferenças de sobrevivência e reprodução de indivíduos de uma determinada espécie. Para terem valor evolutivo, essas diferenças devem, pelo menos em parte, ser resultantes da variação de diferenças genéticas e não decorrentes somente do impacto ambiental. A seleção natural pode ser caracterizada de forma diferente dependendo do efeito produzido. Há, basicamente, três tipos de seleção: direcional, estabilizadora e disruptiva. Considere uma espécie de camundongos cuja pelagem pode ter as cores: amarela, amarelo-escura, marrom-clara, marrom-escura e preta.

A seleção direcional acontece quando um fenótipo considerado extremo é o mais adaptado, ou seja, quando os indivíduos que o possuem são mais adaptados (indivíduos * Já a seleção estabiliamarelos sobreviverão e os demais serão eliminados). Biston betularia clara (acima) e escura (abaixo). O indivíduo adulto pode atingir zadora ocorre quando os fenótipos extremos são eliminados e os intermedi6 cm de comprimento. ários são mantidos (indivíduos de coloração amarelo-escura, marrom-clara e marrom-escura se manterão e os demais serão eliminados). A seleção disruptiva ou diversificadora ocorre quando dois ou mais fenótipos considerados extremos são mantidos na população e ambos são considerados de valor adaptativo (somente os indivíduos amarelos e pretos sobreviverão).

Um exemplo de seleção direcional é a da espécie de mariposa Biston betularia. Ela apresenta dois fenótipos extremos, relacionados à coloração: ** Durante a Revolução Industrial, houve um aumento da forma clara e escura. escura, em ambientes poluídos. Nesses locais, a mariposa estaria menos suscetível à predação por aves, o que se mostrou uma vantagem seletiva.

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Especiação

Unidade 2

A especiação ocorre quando populações de uma mesma espécie se diferenciam, evoluindo em linhagens diferentes. Dessa maneira, para que uma nova espécie surja, é necessário que o conjunto gênico da espécie ancestral se diferencie em dois conjuntos distintos. Com isso, as frequências gênicas e alélicas podem sofrer modificações. Veja, a seguir, informações sobre os primeiros estudos relacionados às diferenças entre populações de mesma espécie. O geneticista e biólogo Theodosius Dobzhansky buscava descobrir como ocorriam as diferenças entre as populações de uma mesma espécie. Para muitos biólogos, os indivíduos de uma espécie eram geneticamente idênticos. Disposto a investigar essa hipótese, Dobzhansky analisou moscas-da-fruta da espécie Drosophila pseudoobscura. Ele coletou alguns exemplares e notou uma diferença entre populações distintas: a forma de reprodução. Indivíduos de um grupo tendiam a se acasalar com membros do mesmo grupo; quando tentavam acasalar com membros de uma espécie distinta, geravam híbridos, que raramente eram viáveis. A partir dessa constatação, Dobzhansky explicou que a incompatibilidade estava relacionada a genes específicos de cada espécie que as diferenciavam.

Em 1937, Dobzhansky publicou esses resultados no livro Genética e a Origem das espécies. Nele, explicou que mutações surgem naturalmente o tempo todo; algumas são prejudiciais em certas circunstâncias, outras favorecem seus portadores, mas grande parte não tem efeito algum. Essas mudanças são denominadas neutras, aparecem em populações diferentes e persistem, criando uma variabilidade que é muito maior do que se imaginava na época.

Am

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Com essas pesquisas, Dobzhansky ajudou a descobrir que populações diferentes de moscas-da-fruta têm frequências diferentes de duas versões variantes do mesmo cromossomo: o cromossomo A’ pode ser mais frequente em uma população, enquanto o cromossomo A é mais frequente em uma população vizinha.

Retrato de Theodosius Dobzhansky.

Dobzhansky concluiu que as espécies estão em constante mudança por causa das mutações. Essa conclusão revelou uma variabilidade, que atua como precursora para a formação de novas espécies. As mutações não se espalhavam nas moscas-da-fruta porque elas acasalavam apenas com indivíduos da própria população. Dessa forma, a população isolada de moscas se distinguiria cada vez mais das demais populações, e as novas características determinadas pelos novos genes poderiam ser incompatíveis entre si. Ao sair do isolamento e conviver com as outras populações, os indivíduos continuariam acasalando apenas entre si, revelando o surgimento de uma nova espécie. Diante disso, para que a especiação ocorra, é necessário que os conjuntos gênicos da espécie ancestral e da nova espécie se diferenciem. Ou seja, é preciso interromper o fluxo gênico entre ambas. A especiação pode ocorrer por meio de duas diferentes maneiras: por isolamento geográfico ou por isolamento reprodutivo.

Anagênese e cladogênese Se considerarmos uma escala de tempo ampla, poderemos analisar as mudanças evolutivas de diferentes espécies. A evolução ocorre de duas maneiras: por anagênese ou cladogênese. A anagênese é o surgimento ou a mudança de um caráter dentro da mesma espécie.* Nesse caso, toda espécie partilha uma determinada característica com seus ancestrais. Existem características consideradas primitivas, isto é, presentes na espécie ancestral e partilhadas pela espécie, e há características derivadas, que evoluíram recentemente. Por exemplo, o volume do cérebro do ser humano é uma característica derivada, quando comparamos o cérebro de Homo sapiens com os de outros hominídeos.

*Responsável pelas novidades evolutivas.

A cladogênese é um processo evolutivo de ruptura de uma população e a formação de duas ou mais populações independentes, que não trocam mais material genético entre si, ou seja, duas novas espécies são formadas. Esse processo está relacionado à ocorrência de algum evento que separe populações, como uma barreira geográfica, por exemplo. Compreender esse processo é muito importante para a filogenia dos seres vivos e ajuda a inferir a proximidade entre espécies distintas. Por exemplo, todos os primatas têm um ancestral comum, com o qual partilham características. Evolução

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Isolamento geográfico Quando as populações são mantidas divididas por uma barreira geográfica, ocorre o isolamento geográfico e pode ocorrer a especiação alopátrica ou geográfica. A maior parte das especiações corresponde a esse tipo de isolamento. Veja como ele ocorre, no esquema abaixo.

Especiação alopátrica população 2 da espécie-mãe (A)

barreira população 1

população 2

espécie B

espécie C

Somma Studio

população 1 da espécie-mãe (A)

Inicialmente, há duas populações da mesma espécie. Os indivíduos de uma população cruzam entre si e também com a população vizinha.

Com o passar dos anos, forma-se uma barreira geográfica. As populações começam a divergir geneticamente, mas ainda poderiam se intercruzar, caso a barreira geográfica deixasse de existir.

Ilustrações produzidas com base em: PURVES, W. K. et al. Vida: a ciência da Biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 415.

Após muitos anos, se desenvolve uma incompatibilidade reprodutiva, formando duas espécies-filhas. Mesmo que parte da barreira geográfica deixe de existir, as espécies poderão colonizar a região, sem, contudo, se intercruzar, isto é, tornam-se isoladas reprodutivamente.

Com o estabelecimento de uma barreira para o fluxo gênico, as populações-filhas podem divergir entre si pela ação de fatores evolutivos (seleção natural e deriva genética). Após diversas gerações, as diferenças entre as populações reduzem a probabilidade de que elas se intercruzem, e, com o tempo, o isolamento reprodutivo leva os indivíduos das populações a não se reconhecerem mais como parceiros sexuais. Existem alguns mecanismos que influenciam no isolamento reprodutivo antes que o zigoto seja formado. Veja a seguir. Tipo de isolamento reprodutivo

Definição

Espacial

Indivíduos de espécies diversas podem buscar lugares diferentes para viver e se isolam reprodutivamente da população de onde surgiram.

Temporal

O período de acasalamento tem duração diferente para os indivíduos oriundos da mesma população original.

Mecânico

As diferenças de tamanho e forma impedem a união de gametas.

Ser vivo adulto Burro/mula: pode atingir 1,6 m de altura.

Mizzick/Shutterstock.com

Isolamento gamético

Os gametas não se reconhecem ou um deles libera substâncias que impedem a fecundação.

Quando indivíduos de espécies diferentes se cruzam, podem existir mecanismos que impedem a fecundação. No entanto, caso a fecundação ocorra, os indivíduos são híbridos e, geralmente, estéreis.

O burro e a mula são animais híbridos estéreis.

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Biologia e Ambiente

Extinção das espécies

Alexandre Beck

Unidade 2

Observe a tirinha a seguir.

6. Supondo que uma população de jacaré-de-papo-amarelo sofresse uma redução populacional devido à perda de hábitat, o que poderia ocorrer com o fluxo gênico entre essa e outra população que não foi afetada? Justifique sua resposta.

BECK, Alexandre. Armandinho quatro. Florianópolis: A. Beck, 2015. p. 31.

O jacaré-de-papo-amarelo (Caiman latirostris) é encontrado em rios, mangues e áreas alagadas de Argentina, Bolívia, Brasil, Paraguai e Uruguai. No Brasil, pode habitar o Cerrado, a Caatinga, a Mata Atlântica e os Pampas. Essa espécie já esteve entre os animais ameaçados de extinção da fauna brasileira, mas conseguiu se recuperar. Ações humanas, como a caça e a destruição do hábitat desses animais, podem contribuir para a redução do fluxo gênico entre populações dessa espécie.

Inicialmente, o fluxo gênico seria reduzido. Isso poderia impactar na frequência de determinados alelos, pois essa população deixaria de intercruzar com outra, reduzindo a variabilidade genética.

Algumas espécies de animais, como o jacaré-de-papo-amarelo citada na tirinha acima, estiveram ou ainda estão ameaçadas de extinção, não só pela diminuição na quantidade de indivíduos, mas também pela redução no fluxo gênico entre as populações que restaram. Ações humanas que geram a fragmentação do hábitat de diversas populações de seres vivos promovem seu isolamento e levam à diminuição do fluxo gênico com outras populações. Elas acabam reduzindo a variabilidade genética e podem tornar as espécies ameaçadas de extinção, porque, sem a variação genética, uma população pode não conseguir sobreviver às mudanças ambientais, e rapidamente extinguir-se. Por exemplo, se uma doença causada por um microrganismo for fatal e não houver nenhum indivíduo resistente a ela, o microrganismo poderá se multiplicar e se disseminar, eliminando todos os indivíduos.

Isolamento reprodutivo

A poliploidia ocorre quando, durante a divisão celular, os cromossomos não se separam adequadamente. Com isso, um conjunto tetraploide de cromossomos é formado em vez de um conjunto diploide. Se o indivíduo poliploide cruzar com indivíduos diploides, existe alta probabilidade de a prole não ser fértil. Mas um indivíduo tetraploide pode cruzar com outros organismos tetraploides, gerando descendentes viáveis. A poliploidia é rara nos animais e mais comum em plantas, pois muitas espécies vegetais po dem se reproduzir por autofecundação.

Mariusz S. Jurgielewicz/Shutterstock.com

Quando duas espécies são isoladas reprodutivamente, sem barreira física, ocorre a especiação simpátrica. Geralmente, esse tipo de especiação está relacionado à poliploidia, isto é, a um aumento na quantidade de cromossomos.

Plantação de milheiros, plantas poliploides que podem atingir 2,5 m de altura.

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Explique o conceito de evolução das espécies.

2. Quais são os pré-requisitos para uma população estar em equilíbrio de Hardy-Weinberg? 3. Que fatores contribuem para a variação genética nas populações? 4. Explique o que é o efeito fundador. 5. Qual é a importância da migração para as populações? 6. Explique como ocorre o processo de especiação. Cite um exemplo. 7. Considerando que, em uma população com 400 indivíduos, a frequência do gene alelo A é igual a 0,9, qual é a frequência do genótipo heterozigoto nessa população? Quantos indivíduos têm esse genótipo, considerando que a população está em equilíbrio de Hardy-Weinberg?

8. A anemia falciforme se caracteriza pela formação de hemácias com forma de foice. Ela é determinada por um par de alelos de cromossomos não sexuais, homozigoto recessivo. Sobre essa doença, leia o trecho abaixo e responda às questões propostas.

[...] A anemia falciforme é uma doença relacionada com uma [...] (mutação) no gene responsável pela produção de hemoglobina [...]. Para apresentar a doença, um indivíduo deve herdar genes “mutados” tanto do pai quanto da mãe. [...] SILVA, Maria C. F. da. Anemia falciforme é ou não uma doença de negro? Ciência Hoje, n. 286, v. 48, out. 2011. p. 4.

a ) Como ocorrem as mutações? b ) Qual é a contribuição das mutações para a evolução dos seres vivos? c ) Considere uma população em equilíbrio de Frequência Frequência Hardy-Weinberg com 12 000 indivíduos. alélica (%) genotípica A frequência do alelo recessivo para a anemia falciforme é de 30%. Copie o quadro ao lado, no caderno, e substitua os símbolos e as letras X e Y pelos valores corretos.

f(A): f(a): 30%

f(AA): 0,49

Quantidade de indivíduos X

f(Aa):

Y

f(aa):

1 080

9. Leia o trecho do texto abaixo e responda às questões propostas. [...] Vários mecanismos impedem que as plantas fertilizem os próprios óvulos, o que promove a fertilização cruzada entre os indivíduos. Em flores hermafroditas, por exemplo, o pólen é muitas vezes liberado antes de os óvulos estarem prontos para a fertilização. Em outros casos, as anteras, estruturas florais onde fica o pólen, situam-se abaixo do estigma, onde o pólen deve ser depositado para chegar ao óvulo, dificultando muito a autofertilização. Além disso, muitas plantas são autoincompatíveis, ou seja, têm bloqueios genéticos que não permitem a autofertilização. [...] Acreditava-se que os grãos de pólen mais bem-sucedidos na fertilização seriam os que chegavam primeiro no estigma, mas descobriu-se que quem define o momento da “largada” da corrida é o órgão feminino. Apenas depois que muitos grãos de pólen (geneticamente diferentes) chegam para competir, mudanças químicas no órgão feminino dão início à disputa. Com isso, somente os mais vigorosos do tubo polínico fertilizarão os óvulos. [...] FONSECA, Carlos R. A intensa vida sexual das plantas. Ciência Hoje, Rio de Janeiro, v. 52, n. 311, jan./fev. 2014. p. 38-42.

a ) Quais são as vantagens de apresentar mecanismos que impedem que as plantas fertilizem os próprios óvulos? b ) O texto cita alguns tipos de isolamento reprodutivo. Escreva, no caderno, o tipo de isolamento e a parte do trecho acima que o exemplifica. c ) Em uma determinada espécie de planta a cor branca ocorre por causa do alelo recessivo b, e a cor vermelha, pelo alelo B. Suponha que, da fertilização cruzada dessa planta, originam-se 800 indivíduos; destes, 160 com flores brancas e o restante com flores vermelhas, sendo metade homozigota e metade heterozigota. Qual é a frequência esperada desses alelos, se considerarmos que essa população se encontra em equilíbrio de Hardy-Weinberg?

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10. A polidactilia é uma característica autossômica dominante, responsável pelo desenvolvimen-

Unidade 2

to de dedos a mais nas mãos e nos pés dos indivíduos portadores do gene autossômico dominante A. Supondo que a frequência do alelo A, em uma população com 6 000 indivíduos em equilíbrio de Hardy-Weinberg, é de 0,6, responda às questões a seguir. a ) Qual é a frequência esperada do alelo recessivo a? b ) Qual é a quantidade de indivíduos com polidactilia e sem polidactilia nessa população?

11. (PUC-RS) Um levantamento nos prontuários médicos de um importante hospital brasileiro identificou o grupo sanguíneo MN de 10 000 indivíduos revelando os dados apresentados no quadro abaixo. A análise da população estudada concluiu que a mesma se encontra em equilíbrio de Hardy-Weinberg. Genótipo para o grupo sanguíneo MN

Quantidade de indivíduos

MM

3 600

MN

4 800

NN

1 600

Nessa população, as frequências dos alelos M e N são, respectivamente: a ) 0,16 e 0,84.

b ) 0,24 e 0,48.

c ) 0,36 e 0,16.

d ) 0,48 e 0,24.

e ) 0,60 e 0,40.

12. (Unesp-SP) Considere duas populações diferentes, 1 e 2, cada uma com 200 indivíduos diploides, portanto, com 400 alelos. A população 1 apresenta 90 indivíduos com genótipo AA, 40 indivíduos com genótipo Aa e 70 indivíduos com genótipo aa. A população 2 apresenta 45 indivíduos com genótipo AA, 130 indivíduos com genótipo Aa e 25 indivíduos com genótipo aa. a ) Qual a frequência dos alelos A e a em cada uma das populações? b ) Qual delas tem a maioria dos indivíduos homozigotos? Explique.

13. (UEM-PR) Sobre evolução e especiação, assinale o que for correto. 01 ) Deriva genética é o fenômeno que ocorre quando uma espécie se espalha por vários ambientes diferentes originando, por mutação e seleção natural, novas espécies. 02 ) De acordo com a lei de Hardy-Weinberg, quando os fatores evolutivos não se manifestam, a frequência dos alelos permanece constante através das gerações, e a população se mantém em equilíbrio gênico. 04 ) A diversidade ambiental faz com que duas populações isoladas fiquem cada vez mais diferentes, até se transformarem em duas espécies distintas. 08 ) Dentre os exemplos de mecanismos de isolamento reprodutivo pós-zigótico* temos o da *Explique aos alunos mula, que é um animal híbrido estéril, resultante do cruzamento entre o jumento e a égua. que pós-zigótico

16 ) Segundo a teoria sintética da evolução, a alteração na frequência de um ou mais genes refere-se a eventos que de uma população ocorre ao acaso independentemente de seu valor adaptativo.

ocorrem após a 14. (Fuvest-SP) O conhecimento sobre a origem da variabilidade entre os indivíduos, sobre os fecundação.

mecanismos de herança dessa variabilidade e sobre o comportamento dos genes nas populações foi incorporado à teoria da evolução biológica por seleção natural de Charles Darwin. Diante disso, considere as seguintes afirmativas: I ) A seleção natural leva ao aumento da frequência populacional das mutações vantajosas num dado ambiente; caso o ambiente mude, essas mesmas mutações podem tornar seus portadores menos adaptados e, assim, diminuir de frequência. II ) A seleção natural é um processo que direciona a adaptação dos indivíduos ao ambiente, atuando sobre a variabilidade populacional gerada de modo casual. I II ) A mutação é a causa primária da variabilidade entre os indivíduos, dando origem a material genético novo e ocorrendo sem objetivo adaptativo. Está correto o que se afirma em a ) I, II e III.

b ) I e III, apenas.

d ) I, apenas.

e ) III, apenas.

c ) I e II, apenas.

Evolução

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15. (Udesc-SC) Ao publicar A Origem de Espécies por Meio da Seleção Natural (1859), Charles Darwin lançou as bases da Teoria da Evolução. Em 1883, August Weismann refutou a herança das características adquiridas, contidas na obra de Darwin. Em 1894, o naturalista inglês George J. Romanes cunhou o termo Neodarwinismo para este novo tipo de darwinismo, sem a herança das características hereditárias. Atualmente, de maneira errônea, usa-se o termo Neodarwinismo como sinônimo de Teoria Sintética da Evolução, síntese do pensamento evolucionista. Analise as proposições em relação à Teoria Sintética da Evolução e a seus pressupostos. I ) A evolução pode ser explicada por mutações e pela recombinação genética orientadas pela seleção natural. II ) As mudanças impostas pelo ambiente no indivíduo são agregadas ao seu genótipo e transmitidas aos seus descendentes. III ) O fenômeno evolutivo pode ser explicado de modo consistente por mecanismos genéticos conhecidos. IV ) O uso de determinadas partes do organismo faz com que estas tenham um desenvolvimento maior. V ) A recombinação gênica não aumenta a variabilidade dos genótipos, pois atua em nível de fenótipos. Assinale a alternativa correta. a ) Somente as afirmativas II, III e IV são verdadeiras. b ) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras. c ) Somente as afirmativas III e V são verdadeiras. d ) Somente as afirmativas I, IV e V são verdadeiras. e ) Somente as afirmativas II, III e V são verdadeiras.

16. (UFPE) O princípio de Hardy-Weinberg tem sido utilizado pelos evolucionistas como uma importante ferramenta para compreender as frequências gênicas nas populações dos seres vivos. Sobre esse assunto, considere as afirmativas a seguir [como verdadeiras ou falsas]. a ) A quantidade de indivíduos ou o isolamento reprodutivo de uma parte da população não interferem no equilíbrio gênico. b ) Em uma população sob influência de processos evolutivos, tais como migração e deriva gênica, as frequências de alelos nos descendentes permanecem inalteradas. c ) Como são fenômenos raros, as mutações não provocam alteração nas frequências de alelos de uma população com inúmeros tipos de cruzamentos possíveis. d ) Na hipótese de prevalecerem na população cruzamentos entre indivíduos com características fenotípicas vantajosas, a mesma tende a permanecer em equilíbrio gênico. e ) Supondo que as frequências dos alelos “A” e “a”, não ligados ao sexo, numa população em equilíbrio gênico, sejam, respectivamente, “0,7” e “0,3”, a probabilidade de se formar na população indivíduos “AA” é de 49%.

17. (UFG) 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: b ) 1 500 c ) 1 900 d ) 2 100 e ) 3 500 a ) 1 050

Refletindo sobre o capítulo

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Retome o conteúdo de mutações estudado na página 135. Comparando as conclusões atuais sobre o tema, há fundamento na afirmação do personagem Magneto, tratado na página 130, sobre evolução? B Qual é a relação entre a fragmentação do hábitat e o isolamento geográfico? C Existem plantas que desenvolveram resistência a herbicidas, como o caruru (Amaranthus hybridus). O herbicida triazina reduz a fotossíntese, pois se liga à membrana do cloroplasto dessa planta. Ao comparar as sequências polipeptídicas de plantas resistentes e suscetíveis ao herbicida, pesquisadores descobriram que a resistência ocorre por causa da substituição de um nucleotídeo, que troca um aminoácido serina por glicina. Esse exemplo ilustra uma mutação ou um exemplo de seleção natural? Explique.

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Isolamento causado pelo ser humano e ameaça de extinção

Unidade 1

Trocando ideias

A extinção de espécies da fauna e da flora é um evento natural que ocorre de maneira lenta e a longo prazo. No entanto, a ação humana tem interferido nesse processo, ameaçando diversas espécies de extinção. Er

Ações antrópicas, como a abertura de grandes áreas para a implantação de pastagens ou da agricultura, a construção de rodovias, a expansão urbana, a formação de lagos para hidrelétricas e a mineração, têm levado à degradação e à fragmentação de ambientes naturais.

ne st oR eg hr an /P ul s ar

Esses ambientes constituem-se no hábitat de populações de diversas espécies, e sua destruição afeta a sobrevivência de muitos animais e plantas. A fragmentação desses locais leva ao isolamento de populações de espécies que viviam em grandes áreas, e agora precisam viver em pequenos fragmentos florestais. O isolamento de parte da população de determinadas espécies provoca a diminuição da sua variabilidade genética, pois esses indivíduos não conseguem realizar trocas genéticas com outras populações, as quais, antes da fragmentação e do isolamento geográfico, estavam conectadas. A diminuição do fluxo gênico e a consequente diminuição da variabilidade genética podem tornar as espécies ameaçadas de extinção, principalmente nas populações pequenas. Isso ocorre porque sem variação genética uma população pode não conseguir sobreviver às mudanças ambientais e rapidamente extinguir-se.

Parte da Floresta Tropical Amazônica destruída e transformada em área agrícola.

O Brasil é o país com a maior biodiversidade do planeta, apresentando uma grande riqueza de flora e fauna. Um exemplo dessa riqueza pode ser observada por meio de dados levantados do Jardim Botânico do Rio de Janeiro, nos quais são reconhecidas, atualmente, 46 076 espécies da flora brasileira. No entanto, segundo o Centro Nacional de Conservação da Flora, de 5 195 espécies avaliadas, 2 479 estão ameaçadas de extinção.

a ) Por que o isolamento geográfico afeta a variabilidade genética dos seres vivos?

Fabio Colombini

Em relação à fauna brasileira, segundo o Instituto Chico Mendes de Conservação e Biodiversidade (ICMbio), atualmente há 120 mil espécies de invertebrados e 8 930 espécies de vertebrados catalogados no país e, dessas, 1 173 encontram-se ameaçadas de extinção.

b ) Converse com seus colegas sobre como o ser humano interfere na variabilidade genética dos seres vivos. Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor. Ser vivo adulto

Mutum-pinima, ave brasileira considerada criticamente ameaçada de extinção.

Mutum-pinima (Crax fasciolata pinima): pode atingir de 75 cm a 85 cm de comprimento.

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Piotr Naskrecki/Minden Pictures/Latinstock

Formiga Attini cultivando fungos.

capítulo

*Explique aos alunos que “tribo” refere-se a uma categoria taxonômica colocada entre família e gênero. Por razões didáticas, não a abordamos neste nível de ensino.

Tempo geológico e Evolução humana

Ser vivo adulto Formiga Attini: pode atingir 2 cm de comprimento.

B) Tanto as formigas quanto os seres humanos vivem em agrupamentos sociais, estabelecendo relações com seres vivos da mesma espécie. Assim, o cultivo do recurso alimentar é uma caraterística de ambos os grupos. C) Porque os seres humanos manipulam o ambiente para suprir suas necessidades, cultivando os próprios alimentos, vivendo em uma sociedade onde cada um tem seu papel. O fato de produzirem seus alimentos por meio da agricultura e da pecuária evita o gasto energético na busca e na coleta de alimentos. A agricultura e a A pecuária contribuíram para o aumento da população e para a ocupação dos mais B diferentes nichos pelos seres humanos, além de propiciar a exploração e a C manipulação dos recursos do ambiente.

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Leia o trecho do texto a seguir.

[...] Cultivar o próprio alimento não é exclusividade dos seres humanos. Há 50 milhões de anos, antes que surgissem os primeiros povos agricultores, um grupo de formigas da subfamília Myrmicinae desenvolveu sua própria versão de agricultura. Estas formigas, pertencentes à tribo* Attini, desenvolveram a capacidade de cultivar fungos que são utilizados na sua alimentação. E assim, como a espécie humana, estas formigas tornaram-se um belíssimo exemplo de sucesso biológico, formando colônias enormes de grande importância ecológica (Mueller et al., 2001). [...] As formigas da tribo Attini são diferentes dos outros formicídeos, porque cultivam e não apenas coletam o alimento necessário à sobrevivência da sua própria colônia. As formigas carregam fragmentos orgânicos para o interior dos ninhos, que servem como substrato para o desenvolvimento do fungo de que se alimentam (De Fine Licht & Boomsma, 2010). O fungo simbionte** não é, porém, o único alimento ingerido pelas operárias das formigas-cortadeiras. Durante o processo de corte das folhas e o preparo do substrato vegetal para a incorporação ao fungo, as operárias ingerem seiva da planta (Littledyke & Cherrett, 1976). NICKELE, Mariane Aparecida et al. Formigas cultivadoras de fungos: estado da arte e direcionamento para pesquisas futuras. Pesquisa Florestal Brasileira, Colombo, v. 33, n. 73, jan./mar. 2013. p. 54-60.

Que vantagem cultivar o próprio alimento pode trazer às formigas citadas nesse cultivo de alimentos permite que o grupo tenha disponibilidade de alimentos em texto? O um local próximo, evitando o gasto energético para buscá-lo naturalmente. Você observa outra característica dessas formigas que se assemelha aos seres humanos? Qual? Por que os autores afirmam que os seres humanos são um exemplo de sucesso biológico? **Retome o conceito de relações ecológicas e simbiose, já abordado no Ensino Fundamental II. Explique aos alunos que se trata de uma simbiose obrigatória. Esse assunto será abordado com mais detalhes no capítulo 13 deste volume.

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Tempo geológico e evolução dos seres vivos Unidade 2

Estudamos anteriormente os fatores que evidenciam o processo de evolução dos seres vivos, e vimos que a presença de fósseis e estratos de rochas de diferentes idades sobrepostos pode indicar a idade da Terra. Além da distribuição de seres vivos aparentemente semelhantes em continentes tão distantes. Uma explicação para isso seria a dada pelo meteorologista alemão Alfred Wegener (1880-1930), ao propor que os fenômenos biológicos e geológicos encontrados não condiziam com a posição atual dos continentes. Ele propôs que os continentes estiveram unidos no passado e que se separaram até chegar à conformação atual, ao que chamou de Deriva Continental. O acúmulo do conhecimento da Geologia e da Biogeografia permitiu um estudo mais detalhado sobre a formação dos continentes, e, a partir disso, descobriu-se que os continentes se movimentam. Também foi possível concluir que rochas e fósseis existentes no fundo do oceano são mais recentes do que os da crosta continental. Na década de 1960, o cientista americano Harry Hess (1906-1969) sugeriu um modelo que explicaria a formação das rochas do fundo dos oceanos, ao que se denominou Tectônica de Placas. Segundo essa teoria, no manto terrestre existem processos de convecção que originam um fluxo de calor, o qual faz o material do manto subir. Ao atingir a superfície, esse material se movimenta lateralmente e o fundo oceânico se afasta.* Esse processo contínuo foi responsável pela expansão do assoalho oceânico. A litosfera é dividida em compartimentos separados chamados placas tectônicas, as quais se movimentam. Atualmente, sabe-se que, além das correntes de convecção, outros fatores geológicos fazem essas placas se movimentar. Como consequência, os continentes se fragmentaram e se juntaram. Há cerca de 340 milhões de anos, os continentes começaram a se juntar e, há aproximadamente 230 milhões de anos, os continentes estavam unidos formando o supercontinente Pangeia, que, com o passar do tempo, começou a se fragmentar. Veja a seguir.

*A fenda existente não continua a crescer, pois o espaço onde o material do manto estava é preenchido por mais lava, que se solidifica, formando um novo fundo oceânico.

Deriva Continental Laurásia

A

Laurásia

B

Índia Gondwana

Austrália

Gondwana

América do Norte

D

Índia

África América do Sul

miha de/Shutterstock.com

Antártida C

Austrália Antártida A

Há cerca de 200 milhões de anos, a Pangeia começou a se fragmentar dando origem a duas grandes massas continentais, Laurásia (formada pela América do Norte e pela Eurásia) e Gondwana.

B

Cerca de 150 milhões de anos atrás, Gondwana se fragmentou em partes menores enquanto o mar penetrava na Laurásia. A parte ocidental da América do Norte estava conectada à Ásia, junto com o Alasca e a Sibéria. A porção oriental da América do Norte estava conectada à Groenlândia e à Europa.

C

Há cerca de 65 milhões de anos, a América do Sul, a África e a Índia se separaram.

D

Nos últimos 50 milhões de anos, formou-se a configuração que vemos hoje. A Europa e a Ásia se mantiveram unidas, enquanto a América do Sul e a América do Norte se uniram. A Índia se juntou à Ásia, a Austrália se separou da Antártida e a Europa se separou da Groenlândia.

Evolução

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*O éon Hadeano é o mais antigo e data entre 4,6 bilhões de anos, quando o Sistema Solar foi formado, e 4 bilhões de anos atrás, quando, provavelmente, houve uma queda de asteroides e meteoros na superfície da Terra. Esse éon não é considerado válido pela Comissão Internacional de Estratigrafia.

O ser humano da atualidade utiliza uma escala de tempo em que as unidades de medida correspondem, por exemplo, a minutos, horas, dias, meses, anos, décadas ou séculos. Mas, como já estudamos, a história da Terra compreende um período de tempo que vai além dessas unidades de medida. O tempo geológico obedece a uma escala com intervalos de tempo chamados éons, eras, períodos, épocas e idades. O éon representa etapas de grandes mudanças físicas e biológicas que ocorreram no planeta. Existem os éons Hadeano,* Arqueano (dividido em eras − Eoarqueano, Paleoarqueano, Mesoarqueano e Neoarqueano), Proterozoico (eras − Paleoproterozoico, Mesoproterozoico e Neoproterozoico) e Fanerozoico (eras − Paleozoico, Mesozoico e Cenozoico). Observe, no esquema a seguir, a representação de alguns eventos importantes que aconteceram no planeta durante esses éons.* *

510 milhões de anos atrás: fauna de Burgess (Canadá), composta de trilobitas, crustáceos, cnidários, anelídeos e equinodermos.

460 milhões de anos atrás: forte presença de invertebrados marinhos, como os trilobitas. AuntSpray/Shutterstock.com

**Oriente os alunos a iniciar a leitura da linha do tempo a partir do éon Arqueano e seguir a ordem cronológica de acontecimentos.

Tempo geológico

366 milhões de anos atrás: aparecimento dos primeiros tetrápodes terrestres.

455 milhões de anos atrás: aparecimento dos primeiros peixes.

Christian Jegou Publiphoto Diffusion/ SPL/Latinstock

Reconstituição de um invertebrado chamado trilobita.

419 milhões de anos atrás: surgimento das primeiras plantas vasculares.

Reconstituição de Acanthostega, considerado um dos primeiros tetrápodes terrestres.

***Veja um quadro mostrando essa divisão nas Orientações para o professor.

Juan Gaertner/Shutterstock.com

As eras são divididas em *** Por exemplo, o períodos. Paleozoico é dividido em Cambriano, Ordoviciano, Siluriano, Devoniano, Carbonífero e Permiano. O Mesozoico é dividido em Triássico, Jurássico e Cretáceo. O Cenozoico é dividido em Paleógeno, Neógeno e Quaternário.

314 milhões de anos atrás: predominância de florestas compostas de musgos e pteridófitas.

315 milhões de anos atrás: surgimento dos primeiros répteis.

120 milhões de anos atrás: surgimento dos dinossauros com penas.

Reconstituição de floresta do período Carbonífero (entre 359,2 e 299 milhões de anos atrás).

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Estromatólitos encontrados na Austrália na atualidade.

565 milhões de anos atrás: presença da fauna de Ediacara (na Austrália), composta de metazoários, animais com células organizadas em tecidos e órgãos.

Unidade 2

Rob Bayer/Shutterstock.com

*Diga aos alunos que os estromatólitos são formações rochosas produzidas pela ação de bactérias fotossintetizantes, 3,4 bilhões de anos atrás: denominadas cianobactérias. Elas acumulam sedimentos e, presença de cianobactérias, que ficaram registradas nos com o tempo, formam com eles essas estruturas estromatólitos,* que vemos hoje. fossilizadas.

Chase Studio/Photoresearchers/Latinstock

Rogério Casagrande

ARQUEANO 4 bilhões a 2,5 bilhões de anos

PROTEROZOICO 2,5 bilhões a 542 milhões de anos

Npeter/Shutterstock.com

Reconstituição da fauna de Ediacara, na atual Austrália.

PALEOZOICO 542 a 251 milhões de anos

MESOZOICO 251 a 65,5 milhões de anos

Computer Earth/Shutterstock.com

ICO ZO ERO FAN

199 milhões de anos atrás: presença de dinossauros gigantes.

CENOZOICO 65,5 milhões de anos até o presente

Ilustração produzida com base em: CARVALHO, I. S. (Ed.). Paleontologia: conceitos e métodos. v. 1. 3. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 2010. p. 102-103.

Reconstituição dos dinossauros triceratope e tiranossauro.

112 milhões de anos atrás: surgimento das primeiras plantas com flores.

65 milhões de anos atrás: extinção dos dinossauros.

Christian Jegou Publiphoto Diffusion/SPL/Latinstock

7 milhões de anos atrás: aparecimento dos primeiros hominídeos.

62 milhões de anos atrás: explosão dos mamíferos. Reconstituição do hominídeo da espécie Sahelanthropus tchadensis.

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Linhagem dos primatas A ordem Primata é a linhagem da qual a espécie humana faz parte. A maioria dos primatas se caracteriza por: ter hábitos arbóreos, apresentar mãos e pés preênseis (capazes de segurar), possuir o sentido da visão bem desenvolvido e, geralmente, apresentar os olhos voltados para a frente, apresentar garras modificadas em unhas, ter cinco dígitos, possuir os ossos dos membros (rádio e ulna e tíbia e fíbula) separados e que se movimentam por meio de articulações, apresentar o osso da clavícula e gerar uma ninhada pequena, geralmente com um filhote. Outra importante característica dos primatas é apresentar um polegar opositor aos demais dedos das mãos. Veja a seguir.

Polegar opositor

Ilustrações produzidas com base em: Humans as Primates. College of the Liberal Arts. Disponível em: <http://elearning.la.psu.edu/anth/022/lesson_2/anatomical-features>. Acesso em: 25 maio 2016.

Mão de ser humano.

Mão de gorila.

Os primatas podem ser divididos em duas categorias: prossímios e antropoides. Os prossímios* são pequenos e sua dieta é generalista. Apresentam focinho longo e o cérebro é pequeno quando comparado ao dos antropoides. Eles são encontrados na África, na Ásia e na ilha de Madagascar. Veja alguns exemplos a seguir. Prossímios

Lêmure-de-cauda-anelada.

Vladislav T. Jirousek/ Shutterstock.com

**Ainda existem controvérsias sobre a classificação dos társios. Em algumas classificações, esse grupo é considerado como uma subordem chamada Tarsoidea.

Mão de chimpanzé.

Chien Lee/Minden Pictures/ Latinstock

*Os lêmures e lóris podem ser classificados como Strepsirrhinni em algumas classificações.

Mão de babuíno.

MichaelaS/Shutterstock.com

Ele permite que se tenha uma pegada de precisão, facilitando a manipulação de objetos. O polegar e os outros dedos são usados como se fossem pinças.

Flavio Pereira

1. Qual é a importância da posição do polegar?

Társio.**

Lóris-pigmeu.

Os antropoides apresentam cérebro relativamente grande e face pequena. Eles são divididos em antropoides (ou macacos) do Novo Mundo (Platyrrhini) e antropoides (ou macacos) do Velho Mundo (Catarrhini), incluindo o ser humano. Todos os Platyrrhini são arborícolas, e a maioria tem cauda longa e preênsil, utilizada para se prender aos galhos. Eles são encontrados na América. Veja alguns exemplos a seguir. Antropoides Platyrrhini Ethan Daniels/Shutterstock.com

Lêmure-de-cauda-anelada: pode atingir 1 m de comprimento. Lóris-pigmeu: pode atingir 25 cm de comprimento. Macaco-da-noite: pode atingir 85 cm de comprimento. Mico-leão-dourado: pode atingir até 60 cm de comprimento. Társio: pode atingir de 37 cm a 43 cm de comprimento.

Bugio.

Haroldo Palo Jr./Kino.com.br

Bugio: pode atingir 1,3 m de comprimento.

Eric Gevaert/Shutterstock.com

Ser vivo adulto

Mico-leão-dourado.

Macaco-da-noite.

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Unidade 2

Quanto aos Catarrhini, nem todos são arborícolas e há também espécies terrestres. Esses primatas apresentam as narinas próximas, voltadas para a frente e para baixo, e a maioria é de grande porte. Eles são encontrados na África. Observe alguns exemplos.

Sergey Uryadnikov/ Shutterstock.com

Signature Message/ Shutterstock.com

Gerald Mark Griffin/ Shutterstock.com

Antropoides Catarrhini Ser vivo adulto Babuíno: pode atingir de 90 cm a 1,8 m de comprimento. Bonobo: pode atingir cerca de 1,1 m de comprimento. Gibão: pode atingir 60 cm de comprimento.

Babuíno.

Gibão.

Bonobo.

3. Não. Segundo esse diagrama, um ancestral comum originou os gorilas e outro ancestral originou o grupo dos chimpanzés e hominídeos.

A seguir, observe uma proposta de filogenia dos primatas.

Filogenia dos primatas lêmure e lóris társio

ancestral comum

macacos do Novo Mundo macacos do Velho Mundo gibão orangotango

2. Que grupo de primatas surgiu primeiro na história evolutiva desses seres? Os lêmures e lóris. 3. Com base nesse diagrama, é correto afirmar que os gorilas originaram os chimpanzés e os hominídeos?

Rogério Casagrande

gorila chimpanzé e bonobo hominídeos 60

50

40

30

20

Ilustração produzida com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 726.

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Um exemplo de hominídeo é o ser humano. Além de nossa espécie, outras espécies de hominídeos já existiram; no entanto, foram extintas. Algumas características são comuns aos hominídeos: andar bípede sustentado, coluna vertebral ereta, ausência de cauda, cérebro proporcionalmente grande, ossos da maxila e da mandíbula menores e trato digestório curto. Acredita-se que o andar bípede sustentado foi selecionado durante a evolução, pois permitiu que o ser humano pudesse andar sobre as pernas. Com isso, suas mãos ficaram livres e tornaram-se úteis para coletar e carregar alimentos, além de demandar um menor gasto energético. Outra hipótese é que essa postura permitia uma melhor visualização de possíveis predadores, o que poderia ser útil na defesa individual e do grupo. &I/ MI nd ck isl a ns t o Ve i Bo /L at L SP

Representação do esqueleto humano. O conjunto de ossos da coluna foi fundamental para a manutenção da postura ereta. Os braços são proporcionalmente mais curtos que as pernas, o que facilita o andar bípede e também deixa as mãos livres durante a locomoção. O pé humano é mais plano que o dos outros primatas, e o maior dedo não é oposto aos demais, o que facilita, por exemplo, movimentos como caminhar ou correr.

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Biologia e Tecnologia

Genética dos primatas

A tecnologia de sequenciamento do genoma dos seres vivos possibilitou uma verdadeira transformação para a Biologia moderna. O conhecimento das sequências nucleotídicas que formam o DNA permitiu revelar o alto grau de parentesco de diferentes espécies, incluindo os seres humanos e outros primatas. Por exemplo, o ser humano e o chimpanzé apresentam sequências idênticas de aminoácidos para inúmeras proteínas e somente 1,1% dos pares de bases que compõem a sequência do DNA do genoma é diferente nesses grupos. Estudos indicam que eles divergiram a partir de um ancestral comum entre 5 e 8 milhões de anos atrás. Análises mais detalhadas indicam que os Hylobatidae (gibões) são um grupo aparentado dos macacos do Velho Mundo.

4. O grupo dos gibões. 5. Os chimpanzés e bonobos e o Homo. 4. Em A, que grupo divergiu antes?

Uma questão ainda não resolvida é a relação entre chimpanzés, gorilas e seres humanos, pois as análises moleculares têm apresentado evidências diferentes. Veja, a seguir, duas possíveis relações filogenéticas entre essas três espécies.

5. Em B, qual grupo é considerado o mais recente? *

*Relembre os alunos de que o cladograma indica os eventos de anagênese ao longo do tempo e que em algum momento pode ocorrer cladogênese.

Relações filogenéticas em Hominoidea (chimpanzés, bonobos, gorilas, ser humano, orangotango e gibões) Homo

orangotango

gibão

Homo

chimpanzé e bonobo gorila

orangotango

gibão

ancestral comum A

sa Ca io ér og :R es çõ ra st

Ilustração produzida com base em: FUTUYMA, D. J. Biologia evolutiva. 2. ed. Ribeirão Preto: FUNPEC-RP, 2002. p. 536.

Il u

Há autores que acreditam que os seres humanos deveriam ser classificados na família Pongidae (dos chimpanzés e bonobos) em vez de na família Hominidae. Outros consideram que os chimpanzés deveriam ser classificados como hominídeos.

gr

an

de

chimpanzé e bonobo gorila

ancestral comum

Há estudos que sugerem que o gênero Homo divergiu dos chimpanzés e gorilas antes que estes se divergissem entre si.

B

Alguns estudos mostram que os gorilas divergiram antes que o gênero Homo e os chimpanzés divergissem entre si.

poeticpenguin/Shutterstock.com

Evidências têm indicado que chimpanzés e bonobos são mais próximos dos seres humanos do que dos outros antropoides do Velho Mundo viventes na atualidade. Acredita-se que um ancestral, que também andava sobre os tornozelos, tenha originado os seres humanos, os chimpanzés e os gorilas. Estima-se que a semelhança genética entre seres humanos e chimpanzés seja de, aproximadamente, 99%. Assim, esses animais compartilham características e uma história evolutiva mais próxima do que se supunha no passado.

Ser vivo adulto

Chimpanzé com filhote no colo.

Chimpanzé: pode atingir até 1 m de altura.

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História evolutiva do ser humano Como vimos, os hominídeos provavelmente se separaram dos gorilas/chimpanzés entre 8 e 5 milhões de anos atrás. Unidade 2

Há poucos registros fósseis de hominídeos, e os encontrados são relativamente recentes. O fóssil que alguns pesquisadores consideram como o hominídeo mais antigo já encontrado é o Sahelanthropus tchadensis, encontrado no Chade, na África. Estima-se que ele tenha vivido entre 6 e 7 milhões de anos atrás.

Richard T. Nowitz/Science Source/Latinstock

S. tchadensis apresentava características tanto de primatas não humanos como de seres humanos. Seu cérebro era pequeno, o crânio era alongado e a testa era proeminente. Já os dentes caninos eram pequenos e tinha uma abertura da medula espinal, localizada abaixo do crânio.

Reconstituição de ossos do crânio de Sahelanthropus tchadensis.

Outro fóssil atribuído a um hominídeo é o de Orrorin tugenensis, descoberto no Quênia, na África. O fêmur desse animal indica que ele poderia ser bípede, e estima-se que tenha vivido entre 6,2 e 6 milhões de anos atrás. Fósseis de duas espécies do gênero Ardipithecus foram encontrados na Etiópia: A. kadabba e A. ramidus. Estima-se que eles viveram entre 5,8 e 4 milhões de anos atrás, e há evidências de que seriam bípedes. No entanto, ainda não está claro seu parentesco com os demais hominídeos. Acredita-se que tenham se diferenciado a partir de ardipitecos, um grupo de hominídeos denominados australopitecos.

Ser vivo adulto Australopithecus afarensis: podia atingir cerca de 1 m de altura. Elisabeth Daynes/SPL/Latinstock

Gênero Australopithecus Existe uma espécie de australopiteco que foi descoberta no Norte do Quênia, o Australopithecus anamensis. Os fósseis incluem mandíbulas e maxilares, fragmentos de ossos do crânio, tíbia e úmero. Eles são datados de 4,2 e 3,9 milhões de anos atrás, e acredita-se que sejam ancestrais de A. afarensis. Os caninos dessa espécie eram maiores do que os de Australopithecus afarensis e de A. ramidus, e menores do que nos primatas não hominídeos. Outra característica que apresentava era a postura bípede. Em 1974, foi descoberto o fóssil de A. afarensis, um hominídeo que viveu entre 3,9 e 2,9 milhões de anos atrás. Vários fósseis desses hominídeos foram encontrados na Etiópia, na Tanzânia e no Quênia. Acredita-se que eles viveram em um ambiente seco do tipo savana, e é possível que tenham vivido em grupos. Eles possuíam características tanto de hominídeos quanto de primatas não hominídeos, eram bípedes e apresentavam dimorfismo sexual, sendo que os machos eram bem maiores do que as fêmeas. Seus dentes caninos eram pequenos, indicando que tinham uma dieta onívora, parecida com a dos seres humanos atuais. Os braços eram longos em relação às pernas, semelhantes aos dos chimpanzés. Tinham o nariz achatado, a mandíbula bastante projetada para a frente e o cérebro pequeno.

Reconstituição de Lucy e Lucien, uma fêmea e um macho de Australopithecus afarensis.

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Fósseis de Australopithecus africanus foram encontrados no Sudeste da África e estima-se que tenham vivido entre 3,5 e 2,1 milhões de anos atrás. Eles apresentavam tanto características de ser humano quanto de primatas não humanos. Os ossos da face eram voltados para a frente, o cérebro era relativamente pequeno e os braços eram compridos quando comparados aos braços dos outros hominídeos.

Um possível ancestral do gênero Homo, ao qual o ser humano pertence, pode ser o Australopithecus garhi, que viveu há 2,5 milhões de anos no Norte do continente africano. Seus braços eram longos quando comparados às pernas, mas eles eram bípedes. Evidências indicam que eles utilizavam ferramentas para dilacerar animais, indicando que sua dieta era à base de carne e, portanto, rica em proteínas e gorduras, diferente dos grupos estudados até agora.

Mauricio Anton/SPL/Latinstock

Natural History Museum, London/ SPL/Latinstock

Sua postura era bípede e a dentição era similar à do ser humano atual, com caninos pequenos, molares grandes e faces planas. A análise de seus dentes mostrou que sua dieta era composta de frutas, plantas, nozes, sementes, raízes, insetos e ovos. Além disso, eram mais robustos do que o A. afarensis.

Reconstituição de Australopithecus africanus.

Reconstrução de cabeça de Australopithecus sediba.

Em 2008, foram encontrados fósseis de esqueletos quase completos de outra espécie de australopiteco, o Australopithecus sediba, no Sudeste da África. Estima-se que eles tenham vivido entre 1,98 e 1,97 milhão de anos atrás. Seus braços eram relativamente compridos, como os dos demais australopitecos, mas os dentes e a região peitoral se assemelhavam aos do ser humano atual. Tinham postura ereta, andar bípede e sua locomoção, provavelmente, era parecida com a do gênero Homo. Os dentes molares e pré-molares eram pequenos e a face se assemelhava à dos representantes de Homo. Assim, suas características são intermediárias entre australopitecos e Homo e, por isso, há pesquisadores que o consideram um elo entre os dois gêneros.

Gênero Paranthropus Outros hominídeos que viveram na região Leste da África foram classificados no gênero Paranthropus. Durante algum tempo, eles foram considerados Australopithecus robustus, mas um estudo mais detalhado comprovou que se tratava de um gênero à parte. Sua descoberta indica que a linhagem de hominídeos não evoluiu de maneira linear como se pensava no passado, de australopitecos ao gênero Homo até o ser humano atual. Essa linhagem divergiu separadamente, formando outro ramo na evolução dos hominídeos. Paranthropus aethiopicus viveu entre 2,7 e 2,3 milhões de anos atrás. Seus fósseis indicam que tinham um rosto saliente, com mandíbulas e músculos da mastigação bem fortes, que caracterizam uma dieta predominantemente vegetariana. Alguns estudiosos acreditam que P. aethiopicus pode ser descendente de A. afarensis, pois compartilham algumas semelhanças no crânio. Paranthropus boisei viveu entre 2,3 milhões e 1,2 milhão de anos atrás. Acredita-se que seu ancestral seja P. aethiopicus, pois também apresentavam mandíbulas e músculos da mastigação fortes, e sua alimentação devia ser composta de raízes e nozes. Paranthropus robustus viveu entre 1,8 e 1,2 milhão de anos atrás. Seus dentes eram grossos, a mandíbula era forte e a face era larga. Provavelmente, alimentavam-se de sementes, raízes, tubérculos e nozes.

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Estima-se que uma linhagem do gênero Homo tenha surgido a partir de um ancestral do gênero Australopithecus. A espécie Homo habilis foi uma das primeiras desse gênero e viveu no Leste e no Sudeste da África entre 2,4 milhões e 1,4 milhão de anos atrás. De acordo com os fósseis encontrados, viviam em unidades familiares e produziam ferramentas feitas a partir de pedra lascada. Nessa espécie, o dimorfismo sexual era acentuado e os machos eram bem maiores do que as fêmeas. Acredita-se que essa espécie se alimentava de restos de alimentos deixados pelos animais carnívoros, mas a dentição demonstra que também consumia vegetais.

Reconstituição de cabeça de Homo habilis (à esquerda) a partir do fóssil de crânio encontrado (à direita). Mauricio Anton/SPL/Latinstock

Outra espécie é o Homo rudolfensis, que viveu no Leste da África entre 1,9 e 1,8 milhão de anos atrás, o que indica que coexistiu com o H. habilis. Sua face era mais plana e larga, o crânio era maior que o do H. habilis e os dentes molares eram mais largos.

Reconstituição de Homo erectus.

Science Picture Co/Collection Mix: Subjects/Getty Images

A partir dos fósseis encontrados, atualmente, aceita-se que algumas espécies de hominídeos coexistiram no passado. Uma espécie que se destaca é o Homo erectus, pois apresenta algumas características semelhantes às do ser humano atual, como os braços mais curtos em relação às pernas. Isso indica que essa espécie vivia no chão e não tinha características como a dos hominídeos anteriores, que, provavelmente, alternavam a escalada em árvores com a caminhada no solo. É provável que o H. erectus pudesse caminhar e correr longas distâncias. Seu cérebro era proporcionalmente maior do que o do H. habilis e eles eram mais altos.

Reconstituição de face (abaixo) de Homo rudolfensis a partir do crânio (acima).

6. Você considera que a elaboração e a utilização de ferramentas sejam importantes na manutenção de uma espécie de hominídeo? Por quê? Explique.

Os fósseis indicam que o H. erectus construía ferramentas feitas de pedras, como machadinhas e cutelos (instrumento feito com lâmina cortante presa a um cabo de madeira). Existem indícios de que manipulava o fogo, fazendo fogueiras, provavelmente para se aquecer. Também há evidências de que vivia em grupos e cuidava dos membros mais velhos da unidade familiar.

Fósseis do H. erectus já foram encontrados na África e na Ásia, indicando que essa espécie se expandiu além da África, diferentemente dos outros hominídeos mais antigos já descobertos.* Estima-se que tenha vivido entre 1,8 milhão e 143 mil anos atrás.

6. Resposta pessoal. Espera-se que os alunos percebam que o uso de ferramentas pode ter auxiliado na sobrevivência dos hominídeos, que utilizavam instrumentos para cortar os alimentos, por exemplo.

*Diga aos alunos que essa expansão pode explicar a distribuição do ser humano em diferentes partes do planeta. Evolução

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Science Picture Co./Corbis/Latinstock

Gênero Homo

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P. Plailly/E. Daynes/SPL/Latinstock

Outra espécie é o Homo heidelbergensis, que pode ter vivido na Europa, na Ásia e na África entre 700 000 e 200 000 anos atrás. Seu corpo era mais curto e mais largo do que o do H. erectus, adaptações que ajudavam a conservar o calor, pois vivia em climas frios. Evidências indicam que o H. heidelbergensis era capaz de construir abrigos simples. Acredita-se também que vivia em grupos e dominava o fogo, fazendo lareiras para manter-se aquecido. Junto aos fósseis foram encontradas ferramentas elaboradas, que indicam que se tratava de uma espécie de grandes caçadores.

7. Por que o domínio do fogo pode ter sido importante para os hominídeos? 8. Qual seria a vantagem de construir abrigos?

Reconstituição de casal de Homo heidelbergensis. B Christopher/Alamy Stock Photo/Latinstock

A espécie Homo floresiensis foi encontrada na Indonésia e pode ter vivido entre 100 000 e 50 000 anos atrás. Ela se caracterizava por apresentar baixa estatura (não mais que 1,06 m), cérebro pequeno, dentes grandes e queixo pequeno. Apesar dessas características, foram encontradas ferramentas com seus fósseis, e há indícios de que seus representantes eram bons caçadores e que deviam se alimentar de pequenos elefantes e de roedores. Além disso, também sabiam manipular o fogo. Seus fósseis foram encontrados somente na Ilha de Flores, na Indonésia, e os evolucionistas acreditam que se trata de um caso de isolamento geográfico, o que explicaria a grande diferença entre essa espécie e sua provável ancestral. Reconstituição da face do Homo floresiensis.

7. Porque permitia que eles se aquecessem, espantassem possíveis predadores e pode ter sido útil para cozinhar os alimentos. 8. Os abrigos auxiliavam na sobrevivência, pois eram lugares em que eles podiam repousar e dormir, protegendo-se do frio e de possíveis predadores.

Ainda não se sabe se essa espécie divergiu do H. erectus ou de outra espécie de hominídeo de baixa estatura, mas a maioria dos estudiosos acredita que realmente é uma espécie distinta das demais. Portanto, são necessários mais estudos para comprovar a origem e a evolução desse hominídeo. Em 1857, no vale de Neander, na Alemanha, foi encontrado o fóssil de um hominídeo batizado como homem de Neandertal (Homo neanderthalensis). Essa linhagem viveu entre 400 000 e 30 000 anos atrás, entre a Europa e a Ásia ocidental. Seus representantes eram robustos, com membros mais espessos do que os dos seres humanos atuais. O nariz era proeminente, o que, provavelmente, facilitaria aquecer e umedecer o ar frio. O cérebro era grande e a face, alongada e projetada para a frente. A dentição indica que se alimentavam de alimentos bastante duros. As áreas cerebrais relacionadas à fala eram tão desenvolvidas quanto as dos seres humanos atuais, mas não se sabe como se comunicavam. Seu corpo suportava o frio glacial e acredita-se que viveram na chamada Idade do gelo na Europa. Fósseis encontrados sugerem que essa espécie praticava rituais, como enterrar os entes que faleciam e deixar-lhes flores, hábito não encontrado em outros hominídeos. Algumas evidências também demonstram que os neandertais cuidavam dos mais incapazes, fato não observado nos hominídeos anteriores.

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Unidade 2

Eles fabricavam uma diversidade de ferramentas consideradas sofisticadas. Viviam em abrigos, utilizavam roupas feitas a partir de pele de animais, já que eram grandes caçadores. As evidências também indicam que eram bons costureiros, já que confeccionavam as próprias roupas. Para isso, utilizavam ossos de animais, perfuravam-nos com fragmentos de rochas, por onde passavam lascas de couro e, assim, produziam as vestimentas. Eles também dominavam o fogo, elemento imprescindível para se aquecerem.

Elisabeth Daynes/SPL/Latinstock

Há grandes debates na comunidade científica sobre se o H. neanderthalensis seria uma espécie distinta ou uma subespécie de H. sapiens. Essas controvérsias se devem ao fato de seus fósseis apresentarem características morfológicas similares às do ser humano atual, descobertas sobre seu comportamento social e também por causa do conhecimento sobre o genoma de ambos. Estudos do genoma de hominídeos têm demonstrado que parte do genoma do ser humano atual apresenta similaridades com o dos neandertais. Há duas hipóteses para explicar isso. A primeira é que seres humanos antepassados dos atuais teriam migrado da África para a Europa, onde se encontraram e intercruzaram com neandertais, gerando descendentes. Outra possibilidade é que ambos são descendentes de uma linhagem ancestral que divergiu, originando as duas espécies. Por isso, elas compartilham parte do genoma, todos provenientes desse ancestral. A extinção dos neandertais parece estar relacionada ao ser humano atual, pois parece que interagiram há cerca de 50 000 anos. Durante uma época bastante fria, o H. sapiens se espalhou pela Europa, o que pode ter impedido a expansão dos neandertais. Os H. neanderthalensis desapareceram entre 40 000 e 30 000 anos atrás. Vimos que, comparados aos primatas não humanos, os hominídeos apresentam uma face relativamente achatada e cérebro maior. O formato de nossa face mantém os dois olhos posicionados de modo que o campo visual seja mais abrangente, conferindo uma visão estereoscópica, isto é, relacionada à percepção de profundidade. Acredita-se que essa característica teria sido importante para nossos ancestrais, que se deslocavam na mata.

Reconstituição de Homo neanderthalensis.

Homo sapiens A espécie Homo sapiens, única espécie vivente desse gênero, é encontrada em todo o planeta, e estima-se que tenha se originado entre 200 000 e 130 000 anos atrás.

Fósseis de H. sapiens foram encontrados em 1868 em uma caverna chamada Cro-Magnon, no Sudeste da França. Entre os fósseis, havia um crânio, que foi batizado de Cro-Magnon 1. Trata-se de um dos primeiros fósseis encontrados do ser humano atual. Esses fósseis indicam que os moradores desse lugar tinham uma vida difícil, pois apresentavam várias lesões nos ossos do corpo. Há também evidências de que cuidavam uns dos outros, o que pode ter favorecido sua sobrevivência. Cro-Magnon 1 sofria de uma infecção fúngica que atacou os ossos de sua face. Ele deve ter vivido há 28 000 anos e estima-se que teria, aproximadamente, 45 anos de idade quando faleceu.

Natural History Museum, London/ SPL/Latinstock

Crânio do homem de Cro-Magnon 1, encontrado em LesEyzies, na França.

Evolução

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Dentre as características de nossa espécie, destacam-se o crânio proporcionalmente* maior que o das outras espécies de hominídeos (cerca de 1 330 cm 3). O crânio é adaptado ao encéfalo e a face não é tão proeminente. Os dentes são menores e a mandíbula não é tão forte, indicando uma dieta onívora, já não tão baseada em alimentos duros. Veja abaixo. A

Comparação do tamanho dos crânios de Australopithecus africanus A , H. rudolfensis B , H. erectus C , H. heidelbergensis D , H. neanderthalensis E e de H. sapiens F .

B

C

D

E

F

Natural History Museum, London/SPL/Latinstock

*O crânio do H. neanderthalensis era maior do que o do H. sapiens, mas o H. neanderthalensis era mais robusto; assim, o crânio é proporcional a essa característica.

Assim como outras espécies de hominídeos, H. sapiens também fazia suas próprias ferramentas. Entretanto, elas eram mais especializadas do que a dos outros grupos e passaram a ser utilizadas na caça, na pesca, na coleta de alimentos e também na costura. Nossos antepassados controlavam o fogo, utilizando-o para se aquecer e cozinhar. Eles viviam em abrigos, onde morava uma grande quantidade de pessoas. Inicialmente, eles eram caçadores e coletores. Mas uma das características que favoreceu a espécie H. sapiens foi o fato de serem capazes de cultivar plantas necessárias à alimentação, desenvolvendo a agricultura e, posteriormente, a criação de animais. Com isso, a necessidade de caçar para alimentação diminuiu, já que os animais que forneciam leite, carne, couro, pele e ovos passaram a ser criados próximos aos seres humanos. A organização social da espécie H. sapiens também era mais elaborada, com o desenvolvimento de uma linguagem falada e com grande expressão artística. Criaram rituais de música, desenvolveram a arte, tinham rituais complexos e sabiam produzir adornos. Sua capacidade de sobrevivência e adaptação permitiu que se espalhassem por todos os continentes e crescessem rapidamente.

Para observar fósseis de alguns hominídeos, acesse o site do Museu Virtual da Evolução Humana da USP.

••http://tub.im/525r2v. Acesso em: 4 maio 2016.

Espécie

Veja, a seguir, a comparação de algumas espécies do gênero Homo. Datação

Distribuição

Altura

Volume do crânio

Aspecto físico

H. habilis

2,4 milhões – 1,4 milhão de anos

Leste e Sudeste da África

1m

500–600 cm 3

Braços proporcionalmente longos, face pequena, nariz largo e mandíbula pequena.

H. rudolfensis

1,9 – 1,8 milhão de anos

Leste da África

1,5 m

600–800 cm

Corpo robusto, face grande e mais plana do que a de H. habilis, mandíbula robusta e dentes molares grandes.

3

H. erectus

1,8 milhão – 143 000 anos

África e Ásia

1,3–1,5 m

720–1 250 cm 3

Corpo robusto, crânio achatado e face saliente, mandíbula robusta e dentes menores do que os de H. habilis.

H. heidelbergensis

700 000 – 200 000 anos

África, Ásia e Europa

1,5 m

1 100–1 400 cm 3

Corpo robusto, crânio mais alto e menos proeminente, mandíbula robusta e dentes pequenos.

H. neaderthalensis

400 000 – 30 000 anos

1 200–1 750 cm 3

Corpo robusto, nariz grande, face pouco proeminente, mandíbula robusta, dentes pequenos e queixo proeminente.

1 200–1 700 cm 3

Esqueleto menos robusto, rosto alongado, crânio maior do que o de outros hominídeos, exceto neandertais. O queixo e os dentes eram menores do que os de H. neanderthalensis.

H. sapiens

200 000 (130 000) anos – hoje

Europa e Ásia

Todo o planeta

1,5–1,7 m

1,6–1,85 m

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A alimentação humana e o desenvolvimento do cérebro

Unidade 2

O cérebro de H. sapiens consome grande quantidade de energia, cerca de 20 a 25% das necessidades diárias. Em primatas não humanos, essa necessidade é de 8 a 10%, mas o cérebro humano precisa de muita energia para manter-se em funcionamento. Em virtude dessa característica, acredita-se que uma dieta calórica tenha sido necessária para a expansão do cérebro humano. Se compararmos a dentição dos hominídeos, a mudança na dieta acompanhou o crescimento cerebral. Dentes molares maiores, como em australopitecos, indicam uma dieta baseada em vegetais, alimentos mais duros. No entanto, isso mudou a partir do gênero Homo. Para se ter uma ideia, em um chimpanzé, apenas 5 a 7% das calorias provêm de fontes animais. Junto com os fósseis de H. erectus foram encontradas carcaças de vários animais, indicando uma dieta bastante carnívora. Além de ingerirem mais carne, esta era compartilhada com outros membros ligados à caça e à coleta. Essa característica confirma que cérebros maiores estão relacionados a comportamentos sociais mais complexos e à inteligência. Os neandertais viviam em regiões frias e, provavelmente, precisaram de maior demanda energética para sobreviver nessas condições, o que justifica sua alimentação, em que o principal alimento era proveniente da caça em vez da coleta vegetal. Os vegetais também foram importantes para aumentar a ingestão energética dos seres humanos. Ao dominar o fogo e aprender a cozinhar, os seres humanos passaram a ingerir vegetais mais calóricos, como raízes e tubérculos, em vez de somente plantas cruas, geralmente menos calóricas, mais difíceis de mastigar e não digeríveis. Sobre isso, leia o trecho do texto a seguir. [...] Restos encontrados ao Sul da África também sugerem que o Homo erectus pode ter aprendido a usar o fogo há 1 milhão de anos. O fogo deu a nossos ancestrais humanos mais controle sobre o meio ambiente. Permitiu a continuidade de atividades à noite e forneceu maneiras de afastar os predadores. Deu-lhes o calor e a luz necessários para viver nas cavernas e possibilitou a cocção dos alimentos. A habilidade de modificar culturalmente os alimentos pode ter sido importante na redução do tamanho dos dentes e da mandíbula dos últimos grupos fósseis, uma vez que o alimento cru é mais duro e requer mais mastigação. Contudo, o cozimento faz mais do que isso. Ele tira as toxinas de plantas venenosas. Além disso, altera as substâncias nas plantas, permitindo que vitaminas, minerais e proteínas importantes sejam absorvidas pelo trato intestinal, em vez de serem simplesmente eliminadas pelo organismo. Finalmente, o cozimento torna digeríveis os caboidratos complexos, como os amidos.

marco mayer/Shutterstock.com

HAVILAND, William A. et al. Princípios de Antropologia. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 106.

O domínio da agricultura e da pecuária permitiu que alimentos ricos em carboidratos, proteínas, gorduras e calorias pudessem estar disponíveis aos grupos humanos, que não precisavam mais se locomover por longas distâncias, nem dispender muita energia na caça ou na coleta.

Carne, alimento rico em proteínas e gorduras, e batata-inglesa, caule rico em amido.

9. É possível afirmar que todos os seres humanos, após terminarem o período de amamentação, têm acesso a alimentos com a quantidade de nutrientes necessária para sua sobrevivência? 10. Em áreas polares, é comum a ingestão de alimentos ricos em proteínas, como a carne. Nos Andes, as pessoas consomem mais tubérculos e cereais, ricos em carboidratos. Assim, os hábitos alimentares diferem de uma cultura para outra e de um lugar para outro. Dessa maneira, é possível afirmar que há uma dieta adequada a todos os seres humanos? Converse sobre isso com os colegas.

9. Não. Há crianças que não têm acesso aos alimentos necessários para seu desenvolvimento após o término da amamentação, o que caracteriza desnutrição e pode levá-las ao óbito. 10. Resposta pessoal. Espera-se que os alunos percebam que não há uma única dieta adequada a todas as pessoas. Cada pessoa tem uma necessidade, que está relacionada desde aos hábitos e necessidades pessoais até ao lugar onde vive e ao clima nele encontrado. Evolução

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Irradiação do Homo sapiens Vimos que as primeiras espécies de hominídeos conhecidas viviam no continente africano e que, provavelmente, as mais recentes viveram na África, na Ásia e também na Europa. Mas ainda há uma questão a ser destacada: onde teria surgido o Homo sapiens? Acredita-se que há cerca de 500 000 anos, descendentes de H. erectus se estabeleceram na África, no continente asiático, na Oceania e na Europa. Há estudiosos que chamam esses hominídeos de Homo sapiens arcaico; outros acreditam que sejam subespécies de H. erectus. O fato é que entre 40 000 e 30 000 anos atrás, o H. sapiens já havia se estabelecido na África, na Europa e na Ásia. A partir disso, há duas hipóteses possíveis: uma afirma que eles vieram da África e migraram para os outros continentes; outra hipótese, denominada multirregional, defende que populações diferentes evoluíram independentemente na África, na Europa e na Ásia, explicando a distribuição dos fósseis. Veja a seguir. africano

asiático

europeu

africano H. sapiens (cerca de 100 000 anos atrás)

entre 1,8 e 1,5 milhão de anos atrás

entre 1,8 e 1,5 milhão de anos atrás

europeu

Ilustração: Guilherme Casagrandi

H. sapiens (cerca de 100 000 anos atrás)

asiático

H. erectus Hipótese multirregional de origem do ser humano atual.

H. erectus Hipótese de origem do ser humano atual vindo da África.

Ilustrações produzidas com base em: RIDLEY, Mark. Evolução. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2006. p. 570.

Segundo a hipótese multirregional, os seres humanos evoluíram de forma independente, isto é, paralelamente nos continentes africano, europeu e asiático, a partir de populações oriundas da África, há cerca de 1,8 milhão de anos. De acordo com essa hipótese, o ser humano de 500 000 anos atrás seria um H. sapiens arcaico. Já a hipótese de que os seres humanos teriam vindo da África defende que eles evoluíram somente no continente africano, cerca de 500 000 a 100 000 anos atrás. Depois, eles teriam migrado para a Ásia e para a Europa. Segundo as duas hipóteses, o ser humano atual surgiu na África e de lá emigrou. Conforme essa hipótese, o ser humano de 500 000 anos atrás seria uma subespécie de H. erectus. Quando comparamos as etnias humanas com as raças de outras espécies, apresentamos pouca variação geográfica, ou seja, os seres humanos atuais têm um ancestral comum recente. Segundo evidências genéticas, a hipótese de que o ser humano atual teve origem no continente africano é mais provável do que a hipótese de origem multirregional. De acordo com análises de DNA mitocondrial, o ancestral recente seria africano. Segundo evidências fósseis, é mais provável que o ser humano atual tenha se originado na África, e a maioria dos especialistas defende a hipótese de que o ser humano ancestral era recente e africano.

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Sociedade humana

Unidade 2

Quando o ser humano se tornou capaz de domesticar plantas e animais, reduziu a necessidade de ser nômade e passou a ser sedentário. Com isso, começou a fixar moradias. Em vez de utilizar cavernas e troncos como abrigos, desenvolveu formas mais complexas feitas de pedra, madeira, argila, galhos, entre outros materiais. Dos animais e das plantas, os seres humanos passaram a obter não somente o alimento, mas também a matéria-prima necessária para suas vestimentas, como a lã de animais e o linho, a partir do algodão. Com o tempo, as pessoas passaram a formar comunidades, modificando sua forma de trabalhar e de subsistir. A agricultura passou a ser mais tecnológica, com o uso de instrumentos, como o arado puxado por animais.

Uma característica importante entre os seres humanos é o cuidado parental. Em invertebrados, muitas vezes, os pais morrem antes que seus filhotes eclodam dos ovos, não transmitindo qualquer informação à prole, além da hereditária. Quando os pais cuidam dos filhotes após o nascimento, há mais oportunidades de compartilharem aprendizagens. Essa também é uma característica dos seres humanos, que nascem pequenos e indefesos. Conforme crescem e se desenvolvem, os pais lhes transmitem conhecimentos, necessários para sua sobrevivência. O cuidado parental na espécie humana é fundamental para a sobrevivência e o desenvolvimento das crianças.

wavebreakmedia/Shutterstock.com

O ser humano também passou a trocar e a comercializar produtos dentro das comunidades e com os vilarejos vizinhos. Essas comunidades formaram sociedades, as quais se transformaram em civilizações, cada uma com suas regras e leis.

Pais cuidando da filha. A espécie humana apresenta cuidado parental bastante evidente.

Cultura humana Renato Soares/Pulsar

Na vida em sociedade, o que é aprendido e importante para a manutenção dos indivíduos e da sociedade deve ser compartilhado, ou seja, os ensinamentos devem ser transmitidos de uma geração para outra, por meio da cultura.* Assim, essa é outra característica do ser humano, que favorece sua manutenção no ambiente. Além dos conhecimentos adquiridos dos pais e familiares, as crianças aprendem também em instituições, como a escola. Indígena idoso guarani contando histórias para as crianças da aldeia Pindo-te, em Pariquera-Açu, São Paulo, em 2010. Nas comunidades indígenas, as crianças aprendem sobre a cultura e as tradições de seu povo com uma pessoa mais experiente, que lhes transmite o que aprendeu com os antepassados, perpetuando as histórias.

A cada nova geração, há um aumento na quantidade de informações partilhadas entre as gerações anteriores. Ou seja, além dos conhecimentos provenientes dos antepassados, novos conhecimentos são apreendidos, a partir de experiências próprias ou por meio do contato com outras culturas. Assim, há um acúmulo de conhecimentos de uma geração para outra, e podemos afirmar que o conhecimento continua a se expandir.

*Não estamos nos referindo às definições de cultura da Antropologia ou da Sociologia.

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Qual é a relação entre a teoria da Tectônica de Placas e a Pangeia?

2. Qual é a importância do aumento do crânio no decorrer da evolução humana? 3. Qual é a importância da vida em sociedade e da cultura para o ser humano atual? 4. Quais são as hipóteses que explicam a presença de fósseis do ser humano atual (H. sapiens) nos continentes africano, asiático e europeu? Descreva-as.

5. Leia o trecho do texto a seguir. [...] Entre 1 e 2 bilhões de anos atrás, a vida tornou-se multicelular, quando algas e algas marinhas foram originadas. Então, por razões não muito bem entendidas, os primeiros animais entraram em cena há cerca de 600 milhões de anos, evoluindo numa sequência de ondas. [...] Num breve período iniciado há 543 milhões de anos e, provavelmente, com uma duração menor que 10 milhões de anos, oito ramos (filos) inteiramente novos do reino animal foram estabelecidos, incluindo os ancestrais de quase todos os animais que conhecemos hoje. [...] PRESS, Frank et al. Para entender a Terra. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. p. 41-42.

Quais éons/períodos podem ser identificados a partir das informações desse texto?

6. Observe a linha do tempo a seguir, que apresenta algumas espécies de hominídeos. Com base

Hoje Homo sapiens 1 milhão de anos atrás

Paranthropus robustus

Homo heidelbergensis

2 milhões de anos atrás

Homo rudolfensis

3 milhões de anos atrás

Australopithecus garhi

4 milhões de anos atrás

Homo erectus Homo habilis

Australopithecus africanus

6 milhões de anos atrás 7 milhões de anos atrás

Paranthropus boisei Paranthropus aethiopicus

Australopithecus afarensis

Australopithecus anamensis 5 milhões de anos atrás

Homo floresiensis Homo neanderthalensis

Guilherme Casagrandi

nesse esquema e nos seus conhecimentos, reescreva as afirmações incorretas no caderno, corrigindo-as.

Ardipithecus ramidus

Orrorin tugenensis

Ardipithecus kadabba

Sahelanthropus tchadensis

Passado

Ilustração produzida com base em: SMITHSONIAN NATIONAL MUSEUM OF NATURAL HISTORY. What does it mean to be a human? Disponível em: <http:// humanorigins.si.edu/evidence/ human-fossils/species>. Acesso em: 4 maio 2016.

a ) A espécie de hominídeo mais antiga conhecida é Sahelanthropus tchadensis e ela pertence ao mesmo gênero do ser humano atual. b ) Homo habilis conviveu com gêneros distintos de hominídeos. c ) Esses hominídeos compartilham o andar bípede e o polegar opositor com os chimpanzés e gorilas. d ) Todos esses hominídeos eram bípedes e o cérebro era menor do que o dos társios e lêmures. e ) H. sapiens provavelmente não conviveu com outras espécies de hominídeos.

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Que número representa o ancestral comum a todos esses seres vivos? A espécie 4 se diferenciou antes das espécies 5 e 6? 2 é o ancestral comum a 3 e 4? Qual é a primeira espécie a se diferenciar na evolução desse grupo? Quem é mais próximo evolutivamente, 2 e 3 ou 5 e 6? Considere que essa relação se refere aos primatas e que 2 são os hominídeos. Que grupos 3, 4, 5 e 6 poderiam representar?

3

4

5

6

Ilustração produzida com base em: FUTUYMA, D. J. Biologia evolutiva. 2. ed. Ribeirão Preto: FUNPEC-RP, 2002. p. 536.

Unidade 2

a) b) c) d) e) f)

2

Rogério Casagrande

7. Observe a relação filogenética entre alguns primatas na ilustração ao lado.

1

8. (USP) Há três milhões de anos, os ancestrais dos seres humanos ainda passavam grande parte de suas vidas nas árvores. Mas, de acordo com um novo estudo, é possível que naquela época eles já caminhassem como bípedes. Há mais de 30 anos foi descoberto em Laetoli, na Tanzânia, um rastro de pegadas fósseis depositadas há 3,6 milhões de anos e preservadas em cinzas vulcânicas. A importância dessas pegadas para o estudo da evolução humana tem sido intensamente debatida desde então. As pegadas, que mostravam clara evidência de bipedalismo – a habilidade para caminhar na posição vertical –, haviam sido produzidas, provavelmente, por indivíduos da única espécie bípede que vivia naquela área na época: os Australopithecus afarensis. Essa espécie inclui Lucy, um dos fósseis de hominídeos mais antigos encontrados até hoje e cujo esqueleto é o mais completo já conhecido. Agência FAPESP, 22 mar. 2010. Disponível em: <www.agencia.fapesp.br/boletim/22032010>. Acesso em: 1o jul. 2010.

De acordo com o texto, a ) as pegadas fósseis encontradas na Tanzânia eram de indivíduos da espécie Homo sapiens. b ) o homem evoluiu a partir de macacos que viviam em árvores. c ) os Australopithecus afarensis caminhavam na posição vertical. d ) Lucy é o mais antigo fóssil da espécie Homo sapiens já encontrado. e ) Lucy e os da sua espécie não tinham habilidade para caminhar na posição vertical.

9. (UEL-PR) A árvore filogenética, representada na figura a seguir, é construída com base nas comparações de DNA e proteínas.

Refletindo sobre o capítulo

lêmures macacos do Velho Mundo macacos do Novo Mundo gibões orangotangos gorilas

Rogério Casagrande

Com base na análise dessa árvore filogenética, assinale a alternativa correta. a ) O grupo formado pelos lêmures é o mais recente, porque divergiu há mais tempo de um ancestral comum. b ) Os chimpanzés apresentam maior proximidade filogenética com os gorilas do que com os humanos. c ) Os gorilas compartilham um ancestral comum mais recente com os gibões do que com o grupo formado por chimpanzés e seres humanos. d ) Os gorilas são os ancestrais comuns mais recentes do grupo formado por chimpanzés e seres humanos. e ) Os macacos do Velho Mundo e do Novo Mundo apresentam grande proximidade filogenética entre si.

chimpanzés seres humanos

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Retome o conteúdo da página 147. No passado, paleontólogos encontraram fósseis de um réptil extinto chamado de Mesosaurus brasiliensis tanto na costa brasileira quanto na costa africana. Explique por que a mesma espécie é encontrada nos continentes africano e sul-americano. B Quais são as mudanças observáveis que ocorreram no ser humano durante sua evolução? C Retome o conteúdo da página 159. Embora os nutrientes estejam relacionados ao desenvolvimento do cérebro nos hominídeos, o excesso de nutrientes e de calorias na alimentação ocasionou alguns problemas de saúde. Converse com seus colegas sobre esses problemas e suas consequências. D Cite duas características do ser humano atual que o difere das demais espécies do gênero Homo. Evolução

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Explorando o tema

Linguagem e comunicação humana

Entre as diversas características do ser humano, uma que merece destaque é a sua capacidade de comunicação. Assim como as pessoas, outros animais também apresentam formas de comunicar-se entre si, mas não possuem maneiras tão variadas, nem com a mesma complexidade. Acredita-se que os primeiros grupos de hominídeos se comunicavam por meio de gestos ou expressões faciais. Porém, com o passar do tempo, o surgimento de novas formas de comunicação permitiu não só aprimorá-la, como também passar o conhecimento para outras gerações. Segundo especialistas, é difícil determinar o que se desenvolveu primeiro, a sociabilidade, a capacidade e habilidade de elaborar ferramentas ou a linguagem. Provavelmente, a comunicação foi a última a se desenvolver, pois pode ser que ela tenha ocorrido por causa da socialização e da necessidade de transmitir informações aos outros.

Marcos André/Opção Brasil Imagens

Nossos sistemas de comunicação são compostos de sons e símbolos complexos. Veja, a seguir, alguns exemplos. Por meio das pinturas rupestres, podemos conhecer o modo de vida dos seres humanos que viveram no passado, como eles viviam, que animais estavam ao seu redor e como sobreviviam. Essas pinturas são registros do passado de nossa espécie, e são uma forma de comunicar às outras pessoas como era o cotidiano naquele tempo. Além disso, são registros de um novo modo de comunicação: a arte.

Pintura rupestre encontrada no Parque Nacional Serra da Capivara, no Piauí. FineShine/Shutterstock.com

A origem da fala é muito controversa, mas permitiu que os indivíduos se comunicassem por meio de sons, uma categoria abstrata da comunicação capaz de refletir os valores e os costumes de um grupo social, tornando possível transmiti-los aos demais. A fala foi fundamental para o desenvolvimento da cultura humana. O ser humano atual tem um aparelho fonador que lhe permite articular sons, formando palavras. Isso tornou possível nomear tudo o que existe, o que é ou não palpável, como os objetos e as emoções, respectivamente. A escrita também foi fundamental na comunicação humana, pois permitiu simbolizar a fala e registrá-la. Acredita-se que a escrita teria surgido na Suméria, na Mesopotâmia (atual Iraque), há cerca de 11 000 anos. Inicialmente, a escrita era registrada em rochas. Estima-se que, a princípio, foram criados símbolos para representar objetos e seres vivos já nomeados pela linguagem falada. Com o passar do tempo, foram desenvolvidos pictogramas para simbolizar também os sons. A partir disso, algumas civilizações passaram a desenvolver alfabetos próprios. Escrita egípcia antiga gravada no Templo de Hórus, em Edfu, no Egito. Entre as várias civilizações, percebe-se uma grande diferença na representação das palavras, o que demonstra uma riqueza de símbolos.

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Símbolo da caligrafia chinesa, que significa cabra. Ao contrário da escrita ocidental, que foi substituída pela escrita arábica, a escrita chinesa, desenvolvida há cerca de 4 000 anos, não foi substituída.

Unidade 2

Yuriy Rudyy/Shutterstock.com

Tabuda Y/Shutterstock.com

Com a invenção do papiro, extraído de vegetais, a escrita passou a ser feita em superfícies não rochosas.

Na atualidade, além da escrita à mão, também é possível digitar caracteres, facilitando a comunicação.

A escrita evoluiu muito, a ponto de os registros e publicações serem feitos em papel. Os livros, como o que você lê neste momento, fazem parte da história da comunicação humana e demonstram essa capacidade ímpar na natureza.

Fernando Favoretto/Criar Imagem

Africa Studio/Shutterstock.com

A comunicação é possível a qualquer ser humano. Pessoas com determinadas deficiências podem se comunicar de maneiras diferentes. Veja a seguir.

Para conhecer alguns gestos de LIBRAS, acesse o Dicionário da Língua Brasileira de Sinais no site:

••http://tub.im/hzxa3k. Acesso em: 5 maio 2016.

As pessoas com deficiência visual podem aprender a ler em Braille, um sistema de símbolos em alto-relevo que representam as letras do nosso alfabeto. Para isso, elas utilizam a ponta dos dedos, ou seja, o sentido do tato.

No Brasil, temos a Libras (Língua Brasileira de Sinais), que permite a comunicação com pessoas que tenham deficiência auditiva. Esse sistema baseia-se em gestos e expressões.

Com o desenvolvimento das tecnologias, o ser humano passou a se comunicar por meio dos meios de comunicação. No passado, utilizavam-se pombo-correio, arauto, telégrafo e outros métodos. Com o desenvolvimento da telefonia, a comunicação passou a ocorrer em tempo real. Houve, então, a invenção do rádio, da televisão e da internet, meios que modificaram as maneiras de pensar a comunicação em nossa espécie. Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

a ) Qual é a relação entre a comunicação e a cultura humana?

b ) Converse com seus colegas sobre os meios de comunicação que vocês utilizam atualmente. Quais deles eram utilizados cem anos atrás?

Lucky Business/Shutterstock.com

Maridav/Shutterstock.com

William Perugini/Shutterstock.com

Pressmaster/Shutterstock.com

c ) Observe as fotografias abaixo e indique qual delas representa um meio de comunicação que você ou sua família utiliza com frequência.

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Ernst Haeckel. c. 1882. Aquarela. Coleção particular. Foto: Pictures from History/Bridgeman Images/Easypix

unidade

Ecologia

HAECKEL, E. Sri Lanka: Bambu gigante no Kalu Ganga ou “Rio negro”, Sri Lanka. 1882. Aquarela.

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Ernst Heinrich Philipp August Haeckel ou simplesmente Ernst Haeckel (1834-1919) foi um dos mais influentes estu­ diosos do século XIX. Biólogo, naturalista, filósofo, médico, professor e artista alemão, Haeckel contribuiu para diversas áreas das ciências. Foi o responsável por descobrir, documentar e nomear milhares de novas espécies, criar muitos termos biológicos, elaborar as primeiras relações filogenéticas entre os organismos, entre outras contribuições. Ernst apoiou veemente as ideias evolutivas propostas por Charles Darwin (1809-1882) no livro A Origem das Espécies e foi responsável pela disseminação das ideias darwinistas na Alemanha. Considerado por alguns cientistas como o pai da Ecologia, Haeckel fez a seguinte afirmação sobre essa área da ciência:

Por ecologia, queremos dizer toda a ciência das relações do organismo para o ambiente incluindo, em sentido amplo, todas as “condições de existência”. Estas são em parte orgânica, em parte inorgânica na natureza; ambos, como temos demonstrado, são da maior importância para a forma dos organismos, […]. […] Cada organismo tem entre os outros organismos seus amigos e seus inimigos, aqueles que favorecem a sua existência e aqueles que a prejudicam. […]. EGERTON, F. N. History of Ecological Sciences, Part 47: Ernst Haeckel’s Ecology. Bulletin of the Ecological Society of America, n. 3, v. 94, jul. 2013. p. 222-244. (tradução nossa). Disponível em: <http://esapubs.org/bulletin/current/ history_list/history47.pdf>. Acesso em: 12 abr. 2016.

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Holli Riebeek/Rob Simmon and Jesse Allen/SeaWiFS Project/Global Mapping and Modelling & Mapping Studies (GIMMS) project/NASA

capítulo

Imagem de satélite produzida com base nos dados coletados em 2008, pelo satélite MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) da Nasa (Agência Espacial Norte-americana). As áreas continentais apresentam dados sobre a densidade de plantas, onde o tom verde é mais forte e a vegetação é mais densa. Já as áreas oceânicas apresentam dados da concentração de clorofila, em mg/m3, onde tons mais claros indicam maior concentração desse pigmento e, consequentemente, de fitoplâncton. As áreas em cinza são locais onde os dados não puderam ser coletados adequadamente por causa do período de escuridão no inverno.

De acordo com a Nasa, responsável pela elaboração da imagem, os valores na escala de densidade de vegetação podem ser interpretados da seguinte forma: valores muito baixos (maiores que 0,1) correspondem a áreas estéreis com rochas, areia ou neve; valores moderados (entre 0,2 e 0,3) representam arbustos e pastagens; valores elevados (entre 0,6 e 0,8) indicam florestas temperadas e tropicais. **Informe aos alunos que a baixa assimilação de CO 2 pela Floresta Amazônica se deve ao fato de suas árvores se encontrarem em estágios avançados de desenvolvimento. Plantas nesse estágio necessitam de menos carbono em seus tecidos já formados; ainda assim, elas mantêm as taxas de respiração praticamente constantes.

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Introdução à Ecologia e ciclos biogeoquímicos

B) Fotossíntese e respiração, pois o primeiro absorve CO 2 e libera O 2 da atmosfera, enquanto o segundo processo, quando aeróbio, relaciona-se à absorção do O 2 e liberação do CO 2.

A Terra atua como um grande sistema integrado, onde os seres vivos são capazes de modificar esse sistema. Eles podem, por exemplo, alterar a composição da atmosfera, influenciando o ciclo de gases, como o oxigênio (O 2) e o dióxido de carbono (CO 2). Há alguns anos, acreditava-se que a Floresta Amazônica era o “pulmão do mundo”; no entanto, sabe-se hoje que isso é incorreto.* Na realidade, ela representa uma das maiores concentrações de plantas do mundo, como mostra a imagem acima, e é essencial para a manutenção do clima terrestre, liberando grande quantidade de água e de gás oxigênio na atmosfera. Entretanto, as plantas consomem grande parte do O 2 que produzem.** Desse modo, as florestas não são o principal local de movimentação do CO 2 e O 2 no planeta. Esse papel é do fitoplâncton, distribuído nos oceanos e responsável pela produção da maior parte do gás oxigênio da atmosfera. Assim, apesar de existirem grandes áreas ocupadas por plantas, os oceanos ocupam lugar de destaque na manutenção da composição dos gases da atmosfera. *As florestas são os principais assimiladores de carbono no ambiente terrestre, mas não em escala global. é o conjunto formado por organismos microscópicos A O que é fitoplâncton? Fitoplâncton fotossintetizantes presentes no ambiente aquático.

B Que processos energéticos realizados pelas plantas e pelo fitoplâncton interferem diretamente na concentração de O 2 e CO 2 na atmosfera? Justifique. C Analisando a imagem de satélite acima, a maior área da Terra é ocupada pelas plantas ou pelo fitoplâncton? Pelo fitoplâncton. D As informações contidas na imagem podem ser associadas a influências de quais gases presentes na atmosfera? Justifique. CO 2 e O 2, pois a imagem de satélite traz informações a respeito da concentração de clorofila nos oceanos e da densidade de plantas nos continentes.

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Unidade 3

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Ecologia é um ramo da Biologia que estuda as interações entre os seres vivos e destes com o ambiente, buscando compreender as conexões existentes entre os diferentes níveis de organização da natureza. O termo “ecologia” foi proposto em 1869, pelo biólogo alemão Ernst Haeckel. Apesar de o termo ser relativamente recente, os assuntos relacionados à Ecologia datam de épocas anteriores. Textos de Hipócrates (460 a.C.-370 a.C.), Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.) e de outros filósofos da Grécia antiga já traziam claras referências às questões ecológicas.

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Ecologia

Retrato de Ernst Haeckel.

O hábitat pode ser definido como o lugar ou o espaço físico onde um organismo ou grupo de organismos pode ser encontrado. Já o nicho ecológico está relacionado ao modo de vida de determinado organismo ou grupo de organismos e com seu papel no ambiente. O nicho ecológico inclui as condições físicas, químicas e biológicas que uma espécie precisa para viver e se reproduzir. Assim, para conhecer esse aspecto de um organismo, são necessárias, por exemplo, informações sobre sua reprodução e alimentação.

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blickwinkel/Alamy Stock Photo/Latinstock

Hábitat e nicho ecológico

Neil Phillips/Alamy Stock Photo/Latinstock

Alguns conceitos básicos em Ecologia

B

Corixa sp.: pode atingir até 1,2 cm de comprimento. Notonecta sp.: pode atingir 1,6 cm de comprimento.

Fatores bióticos e abióticos Os fatores bióticos são representados pelos seres vivos, como plantas, animais e microrganismos, e pelas atividades que desempenham no ambiente. Já os fatores abióticos são os fatores físico-químicos do ambiente, que interferem na presença e na atividade dos seres vivos. Temperatura, salinidade, água, luz solar, calor, umidade, nutrientes, correnteza, entre outros, são exemplos de fatores abióticos. O excesso ou a falta desses fatores pode limitar ou impedir o crescimento de uma população.

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Ilustração produzida com base em: SCARANO, F. R. (Org.). Biomas brasileiros: retratos de um país plural. Rio de Janeiro: Casa da Palavra, 2012. p. 76, 78, 83. Luciane Mori

Ser vivo adulto

O hábitat de insetos aquáticos dos gêneros Notonecta A e Corixa B são lagos ou lagoas rasas, com bastante vegetação. Apesar de ocuparem o mesmo hábitat, eles ocupam nichos ecológicos diferentes: o primeiro é um predador ativo e o segundo, um saprófito, isto é, se alimenta principalmente de vegetação em decomposição.

Representação do Cerrado brasileiro.

1. Identifique os fatores bióticos e abióticos representados na ilustração acima. Os fatores abióticos são: luz solar, ar, umidade, temperatura, água, gases atmosféricos, entre outros. Já os fatores bióticos são as plantas e os animais. Ecologia

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Biologia e Ambiente Degradação do hábitat e a ameaça de extinção A extinção de determinada espécie pode ser um processo natural, que ocorre lentamente ao longo do tempo, ou de forma rápida, em caso de desastres naturais, como terremoto e erupção vulcânica, por exemplo. Conforme novas espécies surgem como resultado das mudanças no ambiente e nos seres vivos que o compõem, outras podem ser extintas, ou seja, eliminadas do ambiente, por não apresentarem características que lhes permitam sobreviver e se reproduzir após essas alterações. Entretanto, a interferência humana no ambiente tem acelerado o processo de extinção de muitas espécies. A destruição do hábitat é um dos principais motivos pelos quais diversas espécies sofrem o processo de extinção. Essa destruição é causada por ações como: desmatamento, queimadas, substituição de áreas naturais por áreas agrícolas, fragmentação de ecossistemas, poluição da água, do solo e do ar, entre outras ações. A IUCN, sigla em inglês para União Internacional para a Conservação da Natureza, monitora anualmente as espécies ameaçadas de extinção. Por meio da elaboração de um relatório chamado Lista Vermelha, as espécies são classificadas em diferentes categorias quanto ao risco de extinção. O gráfico ao lado mostra os dados da classificação feita em 2015 para quase 80 mil espécies, entre vertebrados, invertebrados e plantas. Do total, quase 30% das espécies foram consideradas ameaçadas de extinção, principalmente por causa da destruição dos hábitats.

Quantidade de espécies ameaçadas de extinção, segundo a IUCN, em 2015 25 000

Número de espécies

20 000

Total de espécies analisado pela IUCN Total de espécies ameaçadas de extinção

15 000 10 000 5 000

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Grupos de seres vivos

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Rafael Luís Gaion

0 Fonte: IUCN. The IUCN Red List of Threatened Species. Cambridge, 2015. Disponível em: <http://cmsdocs.s3.amazonaws.com/ summarystats/2015-4_Summary_Stats_Page_Documents/2015_4_RL_ Stats_Table_1.pdf>. Acesso em: 29 mar. 2016.

As florestas tropicais, como a Floresta Amazônica, concentram a maior diversidade animal e vegetal do planeta e são intensamente degradadas. O desmatamento para uso da terra por alguns setores da economia global, como a agropecuária e a mineração, tem gerado perturbações que destroem esses ambientes, o que pode dizimar populações inteiras e até mesmo causar a extinção de diversas espécies.

2. A reintrodução da ararinha-azul pode ser feita em qualquer ambiente? Justifique.

Um exemplo de espécie extinta na natureza é a ararinha-azul (Cyanopsitta spixii), ave de pequeno porte, nativa da região Nordeste do Brasil, cujo último relato de ocorrência na natureza data do final da década de 1990. A espécie é encontrada apenas em cativeiro, onde pesquisadores tentam conservar os últimos indivíduos viventes para, eventualmente, reintroduzi-los na natureza. Além da degradação do hábitat, a ararinha-azul tornou-se extinta na natureza em virtude da caça e do intenso tráfico de animais silvestres nas últimas décadas. © 2016 Cedraz/Ipress

2. Não, a reintrodução deve ser feita no hábitat do animal, que apresenta todas as características e componentes necessários para o desenvolvimento, sobrevivência e a reprodução da espécie.

3. O que o personagem da tirinha ao lado quis dizer com a frase “lá no sertão tinha!”, ao se referir à ararinha-azul? CEDRAZ, Antonio Luiz Ramos. 1.000 Tiras em Quadrinhos da Turma do Xaxado. Salvador: Editora e Estúdio Cedraz, 2009. p. 120.

3. O personagem quis dizer que, diferentemente do tatu e do gambá, a ararinha-azul não é mais encontrada no Sertão.

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Biossistemas

Ecossistema Comunidade População Organismo

Hierarquia dos níveis de organização ecológica. Patrick Poendl/Shutterstock.com

O bioma é definido como uma região terrestre que apresenta uma vegetação característica, influenciada pelo solo, pela topografia e, principalmente, pelo clima. Essa vegetação, por sua vez, interfere diretamente na fauna dessas regiões. Deserto, Floresta e Tundra são exemplos de biomas terrestres.* O termo ecossistema foi usado pela primeira vez em 1935 pelo ecólogo britânico Arthur George Tansley (1871-1955), para denominar um biossistema formado por todos os organismos de determinada área (comunidade biótica), pela matéria orgânica produzida por eles e pelo ambiente em que eles se encontram. No ecossistema, os seres vivos interagem uns com os outros e com o ambiente, trocando energia entre si e permitindo a ciclagem de materiais. O ecossistema é o primeiro nível de organização completo, pois possui todos os componentes bióticos e abióticos necessários para a sobrevivência dos organismos.

Deserto, bioma que apresenta vegetação característica, que interfere no clima e nos animais desse ambiente.

Desse modo, todo ecossistema inclui componentes bióticos e abióticos, suas interações e uma fonte de energia. O Sol é a fonte de energia mais importante para a biosfera, sustentando diretamente a maioria dos ecossistemas. A energia que flui neles tem direção única e segue ao longo de uma sequência de organismos interligados por relações alimentares.** Ela precisa ser constantemente inserida no biossistema. Pode-se dizer, assim, que os ecossistemas são sistemas abertos, ou seja, há constante entrada e saída de materiais. **O assunto cadeia alimentar será abordado com mais detalhes no capítulo 11 deste volume.

4. Como a energia luminosa pode ser inserida em um ecossistema? Que organismos são essenciais nesse processo? A energia pode ser inserida nos ecossistemas por meio da fotossíntese. Assim, os organismos autótrofos fotossintetizantes são essenciais nesse processo.

A transição entre ecossistemas é gradual, e a região de sobreposição de dois ecossistemas é chamada ecótono. Sua existência pressupõe que dois ou mais ecossistemas interajam ativamente uns com os outros, resultando em propriedades únicas nessas áreas e inexistentes em ambos os ecossistemas adjacentes.***

Guilherme Casagrandi

ecótono

ecossistema 1

ecossistema 2

Representação de um ecótono entre os ecossistemas 1 e 2.

***Os ecótonos também podem ser definidos pelas espécies que o constituem, pois nesses locais é possível observar uma mistura de algumas espécies do ecossistema 1 e do ecossistema 2, como será visto no capítulo 13 deste volume do 3 o ano.

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Unidade 3

A biosfera ou ecosfera é o nível mais elevado na hierarquia ecológica e corresponde à porção do planeta em que se encontram os seres vivos, ou seja, onde há vida. Assim, a biosfera inclui todos os ecossistemas da Terra, ou seja, toda a diversidade biológica e também o ambiente com o qual esses seres vivos interagem e trocam matéria e energia. Os biomas serão abordados com mais detalhes no capítulo 14 deste volume.

Biosfera

Guilherme Casagrandi

Para facilitar o estudo da Ecologia, os elementos da natureza são organizados em níveis ou hierarquias. Os níveis são conhecidos como biossistemas ou sistemas biológicos e são formados por fatores bióticos e abióticos interdependentes, que interagem uns com os outros e formam um todo unificado. Cada nível é constituído por unidades de níveis inferiores. Veja na representação ao lado.

As leis da termodinâmica afirmam, por exemplo, que a energia não pode ser criada nem destruída, apenas armazenada e transformada. Durante a transformação da energia, parte dela é dissipada para o ambiente principalmente na forma de calor. *Segundo Robert E. Ricklefs em A economia da natureza (2001), o conceito de bioma para ambientes aquáticos deve se basear principalmente em características físicas como salinidade, movimento da água e profundidade, e não somente na vegetação, como nos ambientes terrestres.

Ecologia

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Veja, a seguir, a representação de parte do ecossistema Rio Negro, no Amazonas, e suas hierarquias ecológicas.

Representação de parte do planeta Terra.

Todos os ecossistemas estão interligados pela biosfera, que é formada por todos os ambientes em que há vida e organismos da Terra. Tal interligação ocorre por meio do fluxo de energia e de nutrientes transportados pelos organismos e pelas correntes de vento e de água, por exemplo. A biosfera é o sistema biológico mais abrangente. O ecossistema é formado por todas as comunidades de organismos de determinada área e os fatores abióticos a ela associados. Ele pode ser natural ou pode ser criado pelo ser humano, como as plantações, lagoas artificiais, reservatórios, entre outros. A porção do Rio Negro representada abaixo é um exemplo de ecossistema: a parte biótica é representada pelos diferentes seres vivos; o Sol é a fonte de energia do sistema; a porção abiótica inclui os gases dissolvidos na água, os nutrientes, a luz solar, a temperatura e a correnteza da água, entre outros fatores.

5. Os microrganismos fotossintetizantes, como o fitoplâncton, as plantas macrófitas e a vegetação das margens. 5. Que organismos são responsáveis por fixar a energia solar no ecossistema acima?

A comunidade é formada por todas as populações que habitam um ecossistema, ou seja, habitam uma área específica, ao mesmo tempo, e interagem umas com as outras e com o ambiente. Também conhecida como biocenose, a comunidade é o componente biótico de um ecossistema. No ecossistema representado, a comunidade é composta de diferentes populações de peixes, mamíferos, répteis, entre outros.

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Representação de parte da comunidade do ecossistema Rio Negro.

Informe aos alunos que todo o ambiente representado pode ser considerado um ecossistema, incluindo todos os elementos terrestres e aquáticos.

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Ilustrações produzidas com base em: RICKLEFS, R. E. A economia da natureza. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. p. 3.

Unidade 3

Studio Caparroz

O organismo é cada indivíduo que compõe uma população, sendo a unidade fundamental da Ecologia.* Eles são responsáveis por transformar energia e processar materiais, modificando as condições do ambiente e os recursos disponíveis. Assim, os organismos que compõem uma população contribuem para os fluxos de energia e para o ciclo de elementos na natureza. No Rio Negro, cada animal, planta, fungo, bactéria ou outro ser vivo representa um organismo desse ecossistema aquático.

Representação de um indivíduo do ecossistema Rio Negro.

*Se necessário, informe os alunos de que, no caso de organismos unicelulares, organismo e célula são utilizados como sinônimos.

**Na maioria das populações naturais, os organismos não são idênticos entre si, pois existe uma pequena variabilidade genética entre eles. Essa variação é denominada diversidade genética de uma população.

Representação de parte do ecossistema Rio Negro.

Representação de uma população do ecossistema Rio Negro.

6. Quantas populações de animais são representadas nesse ecossistema?

A população é um grupo de indivíduos da mesma espécie que vive em uma área específica, em determinado tempo, interagindo uns com os outros e com o ambiente. Os organismos que compõem uma população se assemelham**uns aos outros quanto à aparência, ao comportamento, à composição genética, ao hábitat, geralmente compartilhando o mesmo nicho *** Em um ecossistema, cada ecológico. população apresenta uma faixa ideal de componentes abióticos, na qual se desenvolve e reproduz mais intensamente. No ecossistema Rio Negro, existem diferentes populações, ou seja, diferentes grupos de espécies.

***É possível que diferentes estágios de desenvolvimento de uma espécie ocupem nichos variados, como é o caso da lagarta e da borboleta. Enquanto a lagarta se alimenta de folhas, a borboleta suga o néctar de flores.

São representadas cinco populações.

Dr. D. P. Wilson/Science Source/Fotoarena

Tamanho de um ecossistema Os ecossistemas podem apresentar tamanhos extremamente variáveis, desde a biosfera como um todo, que pode atuar como um grande ecossistema, a um rio, uma pequena poça de água e, até mesmo, uma gota de água. Logo, qualquer sistema que apresente componentes bióticos e abióticos, que interajam uns com os outros trocando energia e materiais e que possuam uma fonte de energia, podem ser considerados ecossistemas. Plâncton (aumento aproximado de 20 vezes), que pode ser encontrado em uma gota de água, considerada um ecossistema. Os seres vivos autótrofos (fitoplâncton) e heterótrofos (zooplâncton) constituem a porção biótica do sistema, enquanto a água, o gás oxigênio, a luz solar e os nutrientes presentes na água constituem a porção abiótica desse ecossistema.

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Ciclos biogeoquímicos Os elementos químicos tendem a circular na biosfera entre o ambiente e os organismos. Os caminhos percorridos são característicos de cada elemento e são conhecidos como ciclos biogeoquímicos.

Ciclo da água 7. Que mudanças de estado físico ocorrem no ciclo hidrológico? Evaporação e condensação.

A água pode ser encontrada no ambiente nos estados físico, sólido, líquido e gasoso. Seus maiores reservatórios são representados pelos oceanos, seguidos das geleiras e calotas polares; já a atmosfera é a porção que contém a menor quantidade de água na Terra. O ciclo da água ou ciclo hidrológico envolve a coleta e a distribuição da água do planeta, que vai do ambiente aos seres vivos, e vice-versa. Veja a seguir.* *Oriente os alunos a seguir a ordem numérica das informações do esquema apresentado nestas páginas.

Representação do ciclo da água

3

Em condições adequadas, as gotículas de água condensada precipitam sob a forma de chuva na superfície terrestre. A água proveniente da chuva pode ficar retida nas geleiras A , infiltrar no solo, onde vai abastecer os reservatórios subterrâneos de água B , ou escorrer sobre a superfície terrestre C . O escoamento superficial e as águas subterrâneas podem recarregar tanto os rios, lagos e lagoas quanto os mares e oceanos.

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Ilustração produzida com base em: MILLER, G. T. Ciência ambiental. 11. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 56.

C

Sistema Aquífero Grande Amazônia – SAGA Atualmente, o maior aquífero do mundo é o Sistema Aquífero Grande Amazônia, que está localizado na região Norte do Brasil e abrange quatro bacias hidrográficas brasileiras. Estudos estimam que esse aquífero possui volume de 162 520 km3 de água, distribuídos em mais de 1,3 milhão de km2, dos quais mais da metade se encontra em território brasileiro. Apesar de, atualmente, abastecer algumas cidades da região Norte, como Manaus, são necessários mais estudos para determinar a qualidade da água desse aquífero.

B

Aquífero: camada subterrânea composta de rochas ou sedimentos permeáveis que armazena e transmite água subterrânea e pode ser explorada pelo ser humano.

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Rios voadores Os rios voadores são cursos de água atmosféricos, formados por massas de ar carregadas de vapor de água, provenientes da evaporação das águas do Oceano Atlântico. Devido à ação das correntes de ar, essas massas de ar úmido seguem um caminho característico, movendo-se no sentido Leste-Oeste. Nessa rota, as massas de ar passam do Oceano Atlântico para a Floresta Amazônica, para a Cordilheira dos Andes, para as regiões Sul, Sudeste e Centro-Oeste do Brasil, além de alguns países vizinhos.

Renan Fonseca

Unidade 3

A umidade associada às condições climáticas favoráveis dessas massas de ar precipita como chuva em todos os locais que atravessa. Com isso, os rios voadores interferem na pluviosidade, no clima e no abastecimento de corpos de água de diferentes regiões do Brasil e de outros países. Representação do caminho percorrido pelos rios voadores. Fonte: Brasil das Águas. Projeto Rios Voadores. Disponível em: <http://riosvoadores. com.br/o-projeto/fenomeno-dos-rios-voadores/>. Acesso em: 25 maio 2016.

Nas camadas superiores da atmosfera, o vapor de água encontra camadas de ar mais frias e se condensa em pequenas gotículas de água, que se acumulam nas nuvens.

Para mais informações sobre os rios voadores e para visualizar uma animação da movimentação dessas massas de ar, visite o site: <http://tub.im/vfyha6>. Acesso em: 24 mar. 2016.

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Os raios solares incidem sobre a superfície terrestre, promovendo a evaporação da água dos corpos de água doce e salgado. Além desse vapor, os seres vivos perdem água para a atmosfera por meio da respiração e da transpiração. A água no estado gasoso, por ser menos densa, move-se em direção às camadas superiores da atmosfera.

O calor proveniente dos raios solares promove a evaporação da água da superfície terrestre e dos seres vivos, reiniciando o ciclo da água. A quantidade de água que evapora dos oceanos é maior do que a quantidade que retorna a esses reservatórios pela precipitação.

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1 350 km

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Ciclo do carbono 8. Todas aquelas que aumentam a emissão de CO 2, CO ou outras formas químicas do carbono, como a queima de combustíveis fósseis e queimadas, por exemplo. 8. Que atividades humanas podem causar desequilíbrio no ciclo do carbono?

O ciclo biogeoquímico do carbono envolve a movimentação desse elemento químico no ambiente e sua transferência para os seres vivos, e vice-versa. Assim como a água, o carbono é essencial aos seres vivos, participando da constituição de uma variedade de moléculas, como carboidratos, lipídios, proteínas, ácidos nucleicos, entre outras. Na forma de gás carbônico (CO2), o carbono compõe 0,038% da atmosfera terrestre. Os principais reservatórios são representados pelos oceanos e depósitos na litosfera, como nos combustíveis fósseis. Atualmente, o ciclo do carbono sofre intensa interferência das atividades humanas, que causam um desequilíbrio entre a quantidade de carbono que é liberada na atmosfera e a que é fixada no ambiente e nos seres vivos. Veja, a seguir, uma representação do ciclo do carbono.*

Representação do ciclo do carbono

*Oriente os alunos a seguir a ordem numérica das informações do esquema apresentado nestas páginas. **Esse assunto será abordado no capítulo 11 deste volume.

A absorção do carbono da atmosfera e sua fixação ocorrem por meio da fotossíntese, realizada por organismos fotossintetizantes, tanto no ambiente terrestre quanto no aquático. Na fotossíntese, o CO2 é fixado em moléculas de glicose, ou seja, convertido em biomassa, segundo a seguinte fórmula: 6CO2 + 6H2O C 6H12O 6 + 6O2. A partir dos produtos da fotossíntese, o carbono pode ser transferido a outros organismos por meio da cadeia alimentar.**Além disso, o CO2 também pode se dissolver na água nos ambientes aquáticos, sob a forma de CO2, ou ser convertido em íon bicarbonato (H2CO3–).

A A aragem do solo na agricultura intensifica o

processo de decomposição pelos microrganismos, pois favorece a entrada de O2 no solo, favorecendo o retorno do carbono do solo para a atmosfera na forma de CO2 devido à decomposição.

B A decomposição da matéria

orgânica transforma moléculas orgânicas complexas em compostos inorgânicos mais simples como água, CO2 e metano (CH4).

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O gás metano é um dos componentes do gás natural.

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Sequestro de carbono

Isso não evita a emissão de CO2 na atmosfera, apenas auxilia na redução da concentração do gás que já se encontra no ambiente.

9. O ciclo do carbono é considerado essencial no controle da variação de temperatura da Terra. Explique por quê.

Unidade 3

O conceito de sequestro de carbono foi definido no protocolo de Kyoto, em 1997, e trata do processo de absorção de carbono da atmosfera, visando conter e/ou reverter o acúmulo de CO2. Essa absorção pode ser feita por meio de processos naturais, como a fotossíntese. Na fase de crescimento, as plantas demandam grande quantidade de carbono para crescer e se desenvolver, removendo, assim, grande quantidade desse elemento do ar. As florestas proporcionam o maior estoque do ciclo do carbono, na forma de madeira, que se acumula no solo por centenas de anos antes de retornar à atmosfera por meio da respiração, da decomposição ou da queima.

9. Porque o ciclo do carbono está diretamente relacionado com a quantidade de CO 2 na atmosfera, gás que participa do efeito estufa natural e que atua na manutenção da temperatura da Terra. Ilustração produzida com base em: MILLER, G. T. Ciência ambiental. 11. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 58-59.

C As queimadas, além de emitirem

O retorno do CO2 para a atmosfera pode ocorrer por meio de diferentes processos, representados em A , B , C , D e E .

CO2 na atmosfera, reduzem a absorção de carbono por diminuir a quantidade de organismos capazes de realizar a fotossíntese. A atividade vulcânica também libera grande quantidade de CO2 na atmosfera terrestre.

E A respiração aeróbia é o processo

biológico pelo qual compostos orgânicos são convertidos em água e CO2 e liberados na atmosfera. Além desse processo, a digestão de certos grupos de animais, como os ruminantes, libera gás metano no ambiente.

D A queima de combustíveis fósseis

Combustíveis fósseis Quando a matéria orgânica morta é soterrada e passa por transformações químicas durante milhões de anos, forma os combustíveis fósseis, como o gás natural, o carvão e o petróleo, que são fontes de energia não renováveis.

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insere grande quantidade de carbono na atmosfera na forma de CO 2 e/ou monóxido de carbono (CO). A queima desse tipo de combustível é o principal fator responsável pela emissão de gás carbônico no mundo.

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Ciclo do nitrogênio O ciclo do nitrogênio envolve a transferência desse elemento químico, em diferentes formas químicas, do ambiente para os organismos, e vice-versa. O nitrogênio é um elemento químico importante para os seres vivos, pois compõe os ácidos nucleicos, as proteínas, entre outras moléculas. **A eutrofização é o processo que resulta no aumento *Oriente os alunos a seguir a ordem numérica das informações do esquema apresentado nestas páginas.

da quantidade de organismos autótrofos, como as algas, no ambiente aquático. Esse assunto será abordado no capítulo 15 deste volume.

Representação do ciclo do nitrogênio*

A queima de combustíveis fósseis libera diferentes gases na atmosfera, como o óxido nitroso (N2O). Por meio de reações fotoquímicas, esse gás pode reagir com o gás ozônio (O3) e formar ácido nítrico (HNO3). Esse ácido, por sua vez, pode retornar à superfície terrestre por meio das chuvas.

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A fixação do nitrogênio atmosférico (N2) nas indústrias para a produção dos fertilizantes agrícolas constitui um dos principais problemas ecológicos da atualidade, uma vez que pode causar a eutrofização**em ambientes aquáticos. Os fertilizantes são amplamente utilizados para adubação e adicionam elevadas quantidades de nitrogênio no solo. Apesar de ser essencial para os seres vivos, seu excesso no solo pode prejudicar o desenvolvimento das plantas ou interferir em sua fixação natural.***

A decomposição da matéria orgânica por microrganismos forma compostos inorgânicos mais simples, como a amônia, pelo processo de amonificação. As excretas nitrogenadas dos animais também sofrem a ação de microrganismos. Em ambas as situações, as substâncias formadas podem ser absorvidas por outros seres vivos ou ainda transformadas em N2 pelo processo de denitrificação.

***Muitos nódulos são formados apenas quando a concentração do nitrogênio está muito reduzida no ambiente.

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O gás nitrogênio (N2 ) é o composto químico mais abundante da atmosfera, compondo cerca de 78% do volume total. Apesar de abundante, esse gás não pode ser absorvido pela grande maioria dos seres vivos. Assim, a assimilação do nitrogênio requer a transformação do N2 em moléculas que podem ser utilizadas pelos organismos, como a amônia (NH3 ) e íons nitrato (NO3– ). Essas transformações envolvem uma série de reações químicas, **** as quais podem ocorrer de modo natural ou artificial. A fixação natural pode ocorrer por meio de reações fotoquímicas como os relâmpagos, e pela fixação biológica. Veja a seguir.

****Informe aos alunos que a fixação artificial do nitrogênio é feita em indústrias, principalmente de fertilizantes e de refrigeração.

Unidade 3

Reação fotoquímica: tipo de reação química induzida pela luz.

Ilustração produzida com base em: MILLER, G. T. Ciência ambiental. 11. ed. são Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 60.

2 1

As descargas elétricas dos relâmpagos convertem o vapor de água e o gás oxigênio em moléculas altamente reativas: hidrogênio e oxigênio livres. Essas moléculas reagem com o gás nitrogênio da atmosfera e formam o ácido nítrico (HNO3), que atinge a superfície terrestre por meio das chuvas.

A fixação biológica pode ser realizada por alguns organismos procariontes fixadores de nitrogênio existentes no solo, na água ou em raízes. Inicialmente, o gás nitrogênio N2 é quebrado em amônia (NH3) pela ação da enzima nitrogenase I , encontrada em bactérias do gênero Rhizobium, Azobacter e algumas cianobactérias. A amônia é transformada em nitrito (NO2–), por bactérias do gênero Nitrosomonas, e em nitrato (NO3–), por bactérias Nitrobacter, em um processo chamado nitrificação II . Tanto NH3 quanto NO3– podem ser absorvidos pelas plantas III . Após ser absorvido por esses seres vivos, o nitrogênio pode ser transferido aos animais por meio da cadeia alimentar IV . O elemento químico nitrogênio fixado pelos microrganismos pode ser liberado novamente para a atmosfera na forma de gás nitrogênio (N2) ou óxido nitroso (N2O), por ação das bactérias Pseudomonas denitrificans, em um processo chamado denitrificação V .

N2

V

II

I

NH3

NO2–

N2

NO3– V

III

plantas

N 2O

animais IV

Studio Caparroz

bactéria

A maioria dos microrganismos envolvidos na fixação do nitrogênio é de vida livre. No entanto, algumas espécies podem desenvolver simbiose com determinadas plantas, como as leguminosas. Essa associação resulta na formação de ***** nódulos, que são estruturas esféricas localizadas principalmente nas raízes e onde se concentram as bactérias fixadoras. Os organismos envolvidos na simbiose podem viver separadamente, se associando apenas quando a concentração do elemento químico nitrogênio no solo está muito reduzida.

célula vegetal

*****Veja informações sobre o processo de formação do nódulo na raiz de leguminosas nas Orientações para o professor. Ecologia

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Ciclo do oxigênio Ilustração produzida com base em: Oxygen Cycle – University Carnegie Mellon (Universidade de Carnegie Mellon). Disponível em: <http://environ.andrew.cmu.edu/ m3/s4/cycleOxygen.shtml>. Acesso em: 26 maio 2016.

O gás oxigênio corresponde a cerca de 21% dos gases da atmosfera terrestre e pode ser encontrado livre no ar, dissolvido na água ou em associação com outros elementos químicos. Veja, a seguir, a representação do ciclo do oxigênio com as principais fontes de absorção e liberação desse gás na atmosfera. * *Existem outras reações químicas que podem ocorrer no ambiente e que consomem gás oxigênio, mas não estão representadas no esquema.

Representação do ciclo do oxigênio

2

1

Somma Studio

5

4

3

10. A que outro ciclo biogeoquímico o ciclo do oxigênio está intimamente relacionado? Justifique.

A liberação do O2 atmosférico é realizada, principalmente, pela fotossíntese nos ambientes aquático 1 e terrestre 2 . Já a absorção do O2 pode ser feita por diferentes processos. A principal forma de consumo do O2 atmosférico é a respiração aeróbia 3 . O gás oxigênio é também absorvido pelas bactérias aeróbias que realizam a decomposição 4 e consumido pela combustão/queima de materiais 5 , que resulta na liberação de luz e calor.

Camada de ozônio O gás ozônio (O 3) é formado por três átomos de oxigênio e se encontra concentrado na estratosfera, principalmente entre 30 km e 35 km de altitude. Essa região de alta concentração de O 3 na atmosfera recebe o nome de camada de ozônio, que atua como um escudo terrestre, absorvendo a maior parte dos raios ultravioleta provenientes do Sol, impedindo que atinjam a superfície terrestre. Veja a seguir.

10. Ao ciclo do carbono, pois ambos envolvem a fotossíntese e a respiração.

Representação da formação e da degradação de O3

1

UV +

2

UV +

+

átomo de oxigênio molécula de gás oxigênio molécula de gás ozônio

UV-B UV-A

Somma Studio

camada de ozônio

UV-C

Rafaela H. Pereira

A radiação ultravioleta é um tipo de radiação eletromagnética presente nos ** A radiação UV-C é a mais raios solares e que pode ser do tipo A, B ou C. danosa, sendo completamente absorvida pela camada de ozônio. Tanto a radiação UV-A quanto a UV-B causam danos aos seres vivos, como câncer de pele, envelhecimento precoce, catarata, entre outros. Grande parte da radiação UV-B é absorvida pela camada de ozônio, sendo os raios UV-A os principais componentes da radiação UV que atinge a superfície terrestre.

Ao atingir moléculas de gás oxigênio (O2), a radiação UV promove a liberação de dois átomos de oxigênio, os quais podem se combinar com uma molécula de O2 e formar o O3 1 . Essa radiação também promove a quebra da molécula de O3, resultando em O2 e átomo de oxigênio 2 . A formação e a degradação do gás ozônio é um processo cíclico.

**Se necessário, informe aos alunos que os raios UV-A, UV-B e UV-C são diferenciados pelo comprimento de onda, pela capacidade de causar danos nas células vivas e de penetração na pele, e pela quantidade absorvida pela camada de ozônio. Ilustrações produzidas com base em: NASA. Disponível em: <www.nasa.gov/larc/worldozone-day-educationalactivities/#.V0Ys6jUrIdW>. Acesso em: 25 maio 2016.

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Apesar de essencial à vida como componente da camada de ozônio, o O 3 pode atuar como um poluente, causando danos à saúde dos seres vivos***quando presente nas camadas inferiores da atmosfera, como a troposfera. ***A exposição prolongada a concentrações elevadas de gás ozônio pode causar irritação de garganta e pulmão, agravamento da asma ou enfisema pulmonar, entre outros efeitos.

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. O que a Ecologia estuda? 2. Diferencie hábitat de nicho ecológico. Unidade 3

3. O que são os fatores bióticos? E abióticos? 4. No caderno, defina: biosfera, ecossistema, comunidade, população e organismo. 5. Sobre os ciclos biogeoquímicos, reescreva as frases a seguir no caderno, substituindo as letras pelos termos corretos apresentados no quadro abaixo. gás ozônio

autótrofos

evaporação

aeróbios

transpiração

denitrificação

radiação ultravioleta

gás carbônico

fixação biológica

fotossíntese

nitrogênio atmosférico

respiração

nitrificação

a ) No ciclo hidrológico, o vapor de água que atinge as camadas superiores da atmosfera provém da A da água dos rios, lagos, lagoas e oceanos, e da B e C dos seres vivos. b ) O carbono é retirado do ambiente por organismos D que, por meio da E, produzem os carboidratos utilizados na respiração celular dos seres vivos como fonte de energia. A degradação de carboidratos na respiração celular libera F no ambiente, o qual é novamente assimilado pelos organismos autótrofos. c ) O processo de G do nitrogênio é feito por bactérias específicas, que convertem o H em compostos assimiláveis pelos seres vivos por meio da I. O nitrogênio fixado nos seres vivos retorna ao ambiente pela J, processo que converte o nitrato em nitrogênio atmosférico. d ) O gás oxigênio pode ser absorvido da atmosfera por meio de processos K, como respiração e decomposição. Esse gás pode se apresentar na forma de L, desempenhando importante papel na absorção da M.

6. Qual é a importância da camada de ozônio? te do Brasil passou pela maior crise hídrica dos últimos anos, causada por diversos fatores, como o baixo volume de chuvas durante o verão. Quanto maior é a umidade relativa do ar, maior é a chance de ocorrência de chuvas. Responda às questões a seguir. a ) Como o baixo volume de chuvas pode interferir no abastecimento de água à população? b ) Como a umidade do ar pode interferir na ocorrência de chuvas? c ) A informação contida no mapa ao lado pode ser associada ao evento dos rios voadores? Justifique. d ) De que maneira o desmatamento da Amazônia pode interferir no regime de chuvas da região Sudeste? Fonte: INMET. Instituto Nacional de Meteorologia. Mapas de Boletim Agroclimatológico. Disponível em: <www.inmet.gov.br/portal/index. php?r=agrometeorologia/boletimAgroclimatologico>. Acesso em: 31 mar. 2016.

Umidade relativa do ar média (%) no Brasil, em maio de 2015 N O

RR

Equador 0º

PA

AM

CE

MA

RN PB

PI

PE

TO

AC RO

AL

MT

BA

SE

DF GO MG ES

MS SP

RJ Trópico de Capricó rnio

PR OCEANO PACÍFICO

OCEANO ATLÂNTICO

SC RS 0

10 20 30 40 50 60

70 80 90

570 kkm 50° O

Ecologia

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L S

AP

%

Débora Ferreira

7. Entre os anos de 2014 e 2015, a região Sudes-

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8. Veja, na ilustração ao lado, a representação de um ecossistema. a ) Cite dois fatores bióticos e dois fatores abióticos presentes nesse ecossistema. b ) Que níveis de organização do ecossistema são representados na ilustração? Justifique sua resposta. c ) Por que o ambiente representado pode ser considerado um ecossistema? Justifique. Luciane Mori

d ) Que fator abiótico influencia a queda das folhas das árvores? Ilustração produzida com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 425.

9. (Enem) O ciclo biogeoquímico do carbono compreende diversos compartimentos, entre os quais a Terra, a atmosfera e os oceanos, e diversos processos que permitem a transferência de compostos entre esses reservatórios. Os estoques de carbono armazenados na forma de recursos não renováveis, por exemplo, o petróleo, são limitados, sendo de grande relevância que se perceba a importância da substituição de combustíveis fósseis por combustíveis de fontes renováveis. A utilização de combustíveis fósseis interfere no ciclo do carbono, pois provoca a ) aumento da porcentagem de carbono contido na Terra. b ) redução na taxa de fotossíntese dos vegetais superiores. c ) aumento da produção de carboidratos de origem vegetal. d ) aumento na quantidade de carbono presente na atmosfera. e ) redução da quantidade global de carbono armazenado nos oceanos.

10. (Udesc-SC) Os ciclos biogeoquímicos são essenciais para a transferência e transformação dos elementos químicos no ambiente. A respeito do ciclo do nitrogênio, é correto afirmar: a ) A amonificação é o processo que transforma amônia em nitrogênio atmosférico. b ) A amonificação é o processo no qual o nitrogênio atmosférico é oxidado e transformado em nitrito e, depois, em íon amônio [NH 4– ]. c ) A fixação do nitrogênio ocorre por meio de simbiose com organismos fixadores que decompõem a matéria orgânica em nitrogênio atmosférico. d ) A nitrificação é o processo que ocorre por meio das bactérias nitrificantes e transforma amônia em nitrito e nitrato. e ) A nitrificação ocorre por meio de bactérias do solo que transformam o nitrito em nitrogênio atmosférico.

11. (UFRN) “A Caatinga cobre aproximadamente 825 143 km 2 do Nordeste e parte do Vale do Jequitinhonha, em Minas Gerais, apresentando planícies e chapadas baixas. A vegetação é composta de vegetais lenhosos, misturados com grande número de cactos e bromélias. A secura ambiental, pelo clima semiárido, e Sol inclemente impõem hábitos noturnos ou subterrâneos. Répteis e roedores predominam na região. Entre as mais belas aves estão a arara-azul e o acauã, um gavião predador de serpentes.” Disponível em: <http://ambientes.ambientebrasil.com.br/ecoturismo/potencial_ecoturistico_brasileiro/potencial_ecoturistico_brasileiro.html>. Acesso em: 11 ago. 2011.

Sobre os aspectos ecológicos dos organismos citados no texto, pode-se afirmar que a ) o nicho ecológico do gavião está definido pelo seu papel de predador. b ) os vegetais lenhosos, cactos e as bromélias formam uma população. c ) os répteis e os roedores se alimentam de cactos e bromélias. d ) o nicho ecológico da arara-azul e do acauã é o mesmo nesse hábitat.

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12. (Unesp-SP) A Verdadeira Solidão. [...] A grande novidade é que há pouco tempo foi descoberto um ser vivo que vive absolutamente sozinho em seu ecossistema. Nenhum outro ser vivo é capaz de sobreviver onde ele vive. É o primeiro ecossistema conhecido constituído por uma única espécie. BEINCHA, Fernando. O Estado de S. Paulo, 20 nov. 2008.

Considerando-se as informações do texto e os conceitos de ecologia, pode-se afirmar corretamente que a ) não se trata de um ecossistema, uma vez que não se caracteriza pela transferência de matéria e energia entre os elementos abióticos e os elementos bióticos do meio. b ) o elemento biótico do meio está bem caracterizado em seus três componentes: produtores, consumidores e decompositores. c ) os organismos ali encontrados ocupam um único ecossistema, mas não um único hábitat ou um único nicho ecológico. d ) trata-se de um típico exemplo de sucessão ecológica primária, com o estabelecimento de uma comunidade clímax.* e ) os elementos bióticos ali encontrados compõem uma população ecológica, mas não se pode dizer que compõem uma comunidade.

13. (UEM-PR) Analisando as afirmações abaixo é correto afirmar que 01 ) ecossistema define o complexo sistema de inter-relações entre os fatores bióticos e abióticos. 02 ) biocenose é o conjunto de seres vivos de espécies diferentes que vivem em um determinado espaço, mantendo relacionamento. 04 ) hábitat é o papel que o organismo desempenha dentro do seu ecossistema. 08 ) comunidade é o conjunto de organismos de mesma espécie que vivem em determinado espaço.

Comunidade clímax: comunidade razoavelmente estável e autossustentável, em estágio avançado de sucessão ecológica. Sucessão ecológica: processo no qual comunidades animais ou vegetais são substituídas ao longo do tempo por outras comunidades diferentes, geralmente, mais complexas. A sucessão ecológica primária ocorre em uma área aberta, sem comunidades preexistentes.

16 ) população é o conjunto de organismos que exploram o mesmo nicho ecológico.

14. (UFRN) Em um trecho de seu livro Viagem do Beagle, Charles Darwin relata: “Dormimos no vilarejo de Luján... da província de Mendoza... [Argentina]. À noite, sofri um verdadeiro ataque... de benchucas, uma espécie de Reduviídeo, o grande percevejo preto dos Pampas”.

Unidade 3

O autor se refere à bactéria Desulforudis audaxviator, descoberta em amostras de água obtida 2,8 km abaixo do solo, na África do Sul.

*Este assunto será abordado no capítulo 13 deste volume.

O inseto referido por Darwin corresponde ao que se chama, no Brasil, de barbeiro. O barbeiro se alimenta de sangue de vertebrados e pode ser encontrado em frestas de paredes de casas de taipa. Nesse caso, essas frestas constituem a ) sua biosfera.

b ) sua biocenose.

c ) seu nicho ecológico.

d ) seu hábitat.

15. (UFG) Os ciclos biogeoquímicos ocorrem no planeta envolvendo processos orgânicos e inorgânicos. Entre esses ciclos, cita-se o do carbono e o do oxigênio. Os processos químicos comuns a esses dois ciclos são: a ) carbonatação e evaporação. b ) respiração e nitrificação. d ) respiração e fotossíntese.

Refletindo sobre o capítulo

c ) fotossíntese e evaporação.

e ) fotossíntese e desnitrificação. Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A O que seriam as condições de existência citadas no texto de Ernst Haeckel, na página 167? B Retome o gráfico da seção Biologia e Ambiente da página 170, e responda às questões a seguir. • Qual dos grupos de seres vivos apresenta maior quantidade de espécies ameaçadas de extinção?

• Como a extinção do grupo citado no item anterior pode interferir nos ciclos biogeoquímicos? • A extinção de uma espécie interfere na composição da comunidade, do ecossistema e da biosfera como um todo?

Ecologia

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BOONCHUAY PROMJIAM/Shutterstock.com

capítulo

Sapo-asiático (Duttaphrynus melanostictus).

Ser vivo adulto Sapo-asiático: pode atingir até 11 cm de comprimento.

Espécie invasora: espécie que não é natural do ambiente (exótica) e que foi introduzida em determinado lugar, muitas vezes, pelo ser humano, causando prejuízos à biodiversidade local. Espécie nativa: espécie que vive naturalmente em determinado lugar.

B) Porque o sapo-asiático apresenta uma alimentação do tipo generalista, que inclui uma ampla variedade de organismos, os quais eram consumidos apenas pelas espécies nativas. A competição pelo mesmo recurso alimentar gera menor disponibilidade de alimento para as espécies nativas.

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Relações entre os seres vivos: cadeia alimentar

*Análises genéticas dos animais presentes na ilha indicam que eles são geneticamente semelhantes aos de populações conhecidas no Vietnã, no Camboja e na Tailândia, países asiáticos.

Madagascar é uma ilha africana localizada no Oceano Índico e que apresenta fauna e flora únicas. Em 2014, estudos identificaram uma espécie invasora de anfíbio na ilha, o Duttaphrynus melanostictus, conhecido popularmente como sapo-asiático, trazido em embarcações provenientes da Ásia.* A principal preocupação é que a introdução do D. melanostictus em Madagascar possa interferir na permanência e na sobrevivência dos organismos nativos da ilha, como fossas, lêmures, falcões e cobras. Ele apresenta uma dieta generalista, ou seja, ele se alimenta de uma ampla variedade de organismos, o que afetaria a disponibilidade de alimento para as espécies nativas da ilha, as quais também servem de alimento para outras espécies. Além disso, o D. melanostictus é uma espécie venenosa, e animais que se alimentam desse sapo, inclusive o ser humano, são envenenados e, em muitos casos, morrem. Atualmente, sabe-se que muitas invasões biológicas causam a extinção da fauna e da flora nativas. Dessa maneira, a presença do sapo asiático na ilha pode resultar em perda da biodiversidade da ilha de Madagascar. A Qual é o problema ecológico central apresentado no texto acima?

A presença de uma espécie invasora, que pode afetar toda a diversidade da ilha de Madagascar.

B Por que a presença do sapo-asiático na ilha pode interferir na disponibilidade de alimento para as espécies nativas?

C Por que a inserção de espécies invasoras em um ambiente pode prejudicar sua biodiversidade? Porque pode provocar um desequilíbrio no ambiente como um todo, uma

vez que interfere nas relações alimentares entre os seres vivos. Esse desequilíbrio pode incluir aumento da população de alguns organismos e redução ou, até mesmo, eliminação de outros.

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Relações entre os seres vivos

Unidade 3

No capítulo anterior, vimos que os ecossistemas se caracterizam pelas interações entre os fatores bióticos e os fatores abióticos. Nesses sistemas ecológicos, os seres vivos podem se relacionar uns com os outros de diferentes maneiras: reprodução, proteção, abrigo ou alimentação. As relações que se referem à alimentação, ou seja, à obtenção de matéria e energia, são chamadas relações alimentares e podem interferir na estrutura e na dinâmica de uma comunidade.

Cadeia alimentar Nani

Observe este cartum. 1. O cartum retrata uma relação entre seres vivos. Descreva-a. 2. Qual é o objetivo da relação estabelecida entre os organismos do cartum?

Todos os organismos, vivos ou mortos, são potenciais fontes de alimento para outros seres vivos. Nas relações alimentares, é possível observar uma sequência de indivíduos, na qual um serve de alimento para o outro. Essa sequência, que permite determinar como a matéria e a energia são transferidas de um organismo para outro, por meio da alimentação, é chamada cadeia alimentar. O ecólogo britânico Charles Sutherland Elton (1900-1991) foi o primeiro cientista a reconhecer que os seres vivos podiam interagir uns com os outros, sistematicamente, com relação à obtenção de alimentos em um ambiente. Assim, em 1927, ele esclareceu os princípios e conceitos relativos às cadeias alimentares, inicialmente denominados ciclos alimentares.

1. Trata-se de uma relação alimentar, em que um peixe está se alimentando de outro. 2. A obtenção de alimento, ou seja, de matéria e de energia. 3. Segundo o cartum, a relação estabelecida entre os peixes é uma sequência. Assim, a retirada do peixe cinza pelo peixe vermelho interrompe essa sequência e interfere na relação entre os demais peixes.

Os organismos de uma cadeia alimentar podem ser agrupados de acordo com a sua fonte principal de energia. Conforme o número de etapas de transferência de energia, a partir da fonte inicial, são atribuídas posições aos organismos na cadeia alimentar, chamadas de níveis tróficos ou níveis alimentares. Na cadeia alimentar, membros de um determinado níA B C vel trófico se alimentam de membros do nível trófico anterior e são consumidos por organismos pertencentes ao nível trófico imediataNível Nível Nível mente seguinte. As relações alimentares estabelecidas entre os setrófico 1 trófico 2 trófico 3 res vivos são representadas por meio de setas, do organismo que é Representação de três níveis tróficos (esferas consumido em direção àquele que o consome ou decompõe. Veja coloridas) em uma cadeia alimentar hipotética. O organismo B, ocupante do nível trófico 2, se na representação ao lado. A principal* fonte de energia inicial nas cadeias alimentares é a luz solar. Ela pode ser transferida aos demais organismos sob a forma de energia química, armazenada em moléculas orgânicas (compostos de carbono). Dessa forma, as cadeias alimentares estabelecem a transferência da energia dos autótrofos aos demais organismos envolvidos na relação alimentar.

alimenta do organismo A, ocupante do nível trófico 1, e serve de alimento para o organismo C, ocupante do nível trófico 3.

4. Que processo é responsável pela transformação da energia luminosa em energia química? A fotossíntese.

*Existem outras possíveis fontes iniciais de energia em um ecossistema, como certas moléculas inorgânicas. Esse assunto será abordado ao longo deste capítulo.

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Guilherme Casagrandi

Nani Humor, 13 dez. 2010. Disponível em: <www. nanihumor.com/2010/12/ cadeia-alimentar.html>. Acesso em: 31 mar. 2016.

3. Observando o cartum, pode-se afirmar que o peixe vermelho interferiu na relação existente entre os demais peixes? Justifique.

Ecologia

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Níveis tróficos As cadeias alimentares são formadas por um número variado de níveis tróficos e podem envolver, basicamente, três tipos de organismos: produtor, consumidor e decompositor. *Por razões didáticas, nesta coleção, os organismos serão tratados como produtores, consumidores e decompositores.

A classificação dos organismos de uma cadeia alimentar em produtor, consumidor e decompositor está relacionada ao papel desempenhado por esses organismos na cadeia alimentar, e não às espécies em si. Isso porque os níveis tróficos podem não ser fixos, ou seja, algumas espécies podem se deslocar entre os níveis tróficos ora ocupando o nível 1, ora ocupando o nível 2, por exemplo, ou ainda desempenhar funções relacionadas a mais de um nível trófico em uma cadeia alimentar.*

••Produtor Os produtores correspondem ao primeiro nível trófico de qualquer cadeia alimentar, pois atuam na produção da matéria orgânica. Esse nível trófico inclui organismos autótrofos, como plantas e fitoplâncton, capazes de fixar a energia luminosa na forma de energia química, transformando moléculas inorgânicas em moléculas orgânicas por meio da fotossíntese. Ser vivo adulto

Eles produzem seu próprio alimento e são fonte de matéria e energia para os organismos localizados no nível trófico subsequente.

Woods Hole Oceanographic Institution/Visuals Unlimited/SPL/Latinstock

Riftia pachyptila : pode atingir 3 m de comprimento.

Em determinados ecossistemas, as cadeias alimentares têm como base os organismos produtores do tipo quimiossintetizantes. Esses organismos obtêm energia a partir da oxidação de compostos químicos inorgânicos, a qual é empregada na produção da matéria orgânica a partir de gás carbônico (CO2). Tais organismos autótrofos quimiossintetizantes podem ser encontrados em fontes hidrotermais** localizadas no fundo dos oceanos.

Vermes (Riftia pachyptila) em fonte hidrotermal no Oceano Pacífico. Nessas fontes, R. pachyptila associa-se a bactérias sulfurosas, as quais são capazes de produzir matéria orgânica a partir da oxidação do sulfeto de hidrogênio (H2 S), liberado pelas chaminés das fontes termais. Esses locais também são o hábitat de caramujos, caranguejos e peixes.

**Veja mais informações sobre as fontes hidrotermais nas Orientações para o professor. ***Os consumidores primário, secundário e terciário também são conhecidos como consumidores de primeira, segunda e terceira ordem, respectivamente.

5. Qual é a principal diferença entre os produtores e os consumidores em uma cadeia alimentar?

••Consumidor Os consumidores correspondem ao nível trófico localizado logo após o produtor. A função de consumo nas cadeias alimentares é exercida por organismos heterotróficos, incapazes de produzir seu próprio alimento. Assim, esses organismos obtêm a energia de que necessitam a partir dos produtores, por meio da ingestão dos próprios organismos vegetais, de outros organismos ou de restos orgânicos. Os organismos que obtêm matéria e energia diretamente dos produtores são chamados consumidores primários ou herbívoros e ocupam o segundo nível trófico da cadeia alimentar. Já os seres vivos que se alimentam dos herbívoros são chamados consumidores secundários e ocupam o terceiro nível trófico. Esses carnívoros podem servir de fonte de alimento a outro, que é denominado consumidor terciário. Caso haja mais organismos consumidores localizados em níveis tróficos subsequentes, se*** rão consumidores quaternários, quinquenários e assim sucessivamente. Além dos herbívoros e dos carnívoros, as cadeias alimentares podem apresentar organismos onívoros, que se alimentam tanto de produtores quanto de outros consumidores. Por isso, os onívoros são consumidores que, assim como alguns carnívoros, podem fazer parte de diferentes níveis tróficos em uma cadeia alimentar, como é o caso dos seres humanos.

Os produtores são autótrofos e os consumidores são heterótrofos.

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A decomposição é o processo responsável por transformar a matéria orgânica em matéria inorgânica. Esse processo é realizado pelos decompositores, representados por determinadas espécies de fungos, protozoários e bactérias. A decomposição é resultado da ação desses seres vivos, de modo sequencial, e ocorre em diferentes velocidades, dependendo de condições ambientais e da composição química do tecido a ser decomposto.* Parte dos nutrientes liberados da decomposição da matéria orgânica permanece no organismo dos decompositores, enquanto o restante é disponibilizado ao ambiente para serem absorvidos pelos autótrofos. Por atuarem na matéria orgânica morta dos seres vivos, os decompositores atuam em todos os níveis tróficos de uma cadeia alimentar. Dessa forma, os organismos que desempenham a função de decomposição são essenciais na manutenção dos ecossistemas e da biosfera, permitindo a ciclagem da matéria. Enquanto os produtores fixam nutrientes em seus tecidos, os decompositores devolvem esses nutrientes ao ambiente. *Gorduras, proteínas e açúcares são prontamente decompostos, enquanto celulose, quitina, lignina e ossos são decompostos mais lentamente.

Os detritívoros são um tipo específico de consumidor, muitas vezes confundidos com decompositores, por se alimentarem de matéria orgânica presente no ambiente. Diferentemente dos decompositores, os organismos detritívoros não liberam moléculas inorgânicas no ambiente, mas apenas transformam moléculas orgânicas complexas em moléculas orgânicas simples. Durante a quebra da matéria orgânica, os detritívoros absorvem a energia e os nutrientes de que necessitam. As moléculas orgânicas liberadas pelos detritívoros também sofrem a ação de organismos decompositores.

Veja, no esquema abaixo, uma cadeia alimentar formada por produtores, consumidores e decompositores. **Essa cadeia alimentar envolve organismos da Bacia do Rio Paraná, Brasil. Ela é específica para alguns seres vivos deste ambiente.

Representação de cadeia alimentar**

6. Qual a importância da decomposição para a manutenção da vida na Terra? 7. Qual é a principal diferença entre as funções desempenhadas pelos decompositores e detritívoros nas cadeias alimentares? E a principal semelhança?

Unidade 3

• Decompositor

6. A decomposição permite que a matéria seja reciclada, ou seja, que os nutrientes que são fixados pelos organismos autótrofos se tornem disponíveis novamente no ambiente. Assim, novos organismos podem ser formados. 7. Decompositores e detritívoros se assemelham pelo fato de ambos atuarem nos restos orgânicos dos seres vivos, fonte de energia e nutrientes. No entanto, enquanto os decompositores transformam a matéria orgânica em matéria inorgânica e a disponibilizam para absorção por organismos autótrofos, os detritívoros transformam a matéria orgânica complexa em moléculas orgânicas mais simples.

Luciane Mori

8. Que fator determina quais seres vivos farão parte de uma determinada cadeia alimentar? Ilustração produzida com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 112, 425.

Suas relações alimentares.

Como observado na representação acima, nem todos os seres vivos presentes em um ambiente participam de uma determinada cadeia alimentar. É o caso, por exemplo, da raia e da ave. Ecologia

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Oficina de Biologia Vimos que a decomposição dos resíduos orgânicos na cadeia alimentar é feita por organismos decompositores. Uma maneira de observar esse processo é por meio da compostagem de resíduos orgânicos, em que a matéria orgânica é transformada pela decomposição. Veja como isso ocorre, realizando a atividade a seguir.

Materiais

!

Peça a um adulto para furar a caixa de papelão com a tesoura.

!

Coloque a caixa em um local em que não haja circulação de pessoas e de animais.

• 1 caixa grande de papelão • matéria orgânica seca em bastante quantidade, tais como folhas secas, • tesoura com pontas arredondadas serragem e folhas de jornal • resíduos orgânicos, tais como cascas, talos e folhas de frutas e • 1 pá de plástico verduras cruas e cortadas em • 1 caneta pedaços pequenos, cascas de • 1 tela fina, de tamanho suficiente ovos e borra de café

para cobrir a caixa de papelão

• borrifador

• água

Mãos à obra A

Com a tesoura, peça ao adulto que faça pequenos buracos nas laterais da caixa de papelão, a fim de permitir a circulação de ar dentro da caixa.

B

Despeje os resíduos orgânicos no fundo da caixa. Coloque o dobro de matéria orgânica seca sobre a camada de resíduos orgânicos e borrife água sobre ela.

C

Com a pá, misture bem as camadas de matéria orgânica, e distribua essa mistura uniformemente no fundo da caixa.

D

Com a caneta, marque o volume ocupado pela mistura na lateral da caixa e anote a data ao lado da indicação.

E

Cubra a abertura da caixa com a tela. Mantenha-a em local protegido da chuva e da incidência direta de luz solar, durante 28 dias.

F

A cada dois dias, remexa completamente a mistura dentro da caixa para circular o ar. Ao fazer isso, toque a mistura e observe se ela está úmida e quente. Anote essas informações no caderno.

!

Ilustrações: Somma Studio

G

A cada sete dias, verifique o volume ocupado pelo material dentro da caixa e faça uma nova marcação na lateral da caixa. Anote também as datas.

H

Após os 28 dias, observe a quantidade de material dentro da caixa e compare-a com a quantidade inicial. Verifique se os resíduos orgânicos que você colocou no início da atividade ainda estão presentes na caixa.

Para pensar O composto resultante desse processo pode ser utilizado em hortas, pois oferece nutrientes para as plantas.

Lave as mãos com água e sabão imediatamente após tocar a mistura de matéria orgânica a fim de evitar contaminação.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Qual é a importância do ar nessa atividade? 2. O que aconteceu com o volume dos resíduos ao longo dos 28 dias? O material resultante contém resíduos orgânicos? 3. Na etapa F, foi possível perceber a presença de umidade e de calor? Explique.

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Fluxo de energia na cadeia alimentar

Unidade 3

O matemático, físico, químico e estatístico ucraniano Alfred J. Lotka (1880-1949) foi o primeiro estudioso a considerar os ecossistemas como sistemas transformadores de energia, influenciados pelas leis da termodinâmica. No entanto, foi somente em 1942, com estudos do ecólogo estadunidense Raymond Lindeman (1915-1942), que o conceito de ecossistema como um sistema transformador de energia passou a ser aceito pela maioria dos ecólogos. De toda a energia luminosa que é armazenada como energia química nos organismos autótrofos, apenas parte dela é disponibilizada aos consumidores. Isso ocorre porque, assim como todos os demais seres vivos, os produtores utilizam parte da energia armazenada na matéria orgânica na realização da respiração celular, processo necessário ao funcionamento e à manutenção do organismo. Além disso, sempre há perdas associadas à conversão de energia, e, durante o processo de respiração, parte dela é dissipada para o ambiente na forma de calor. A energia que não é utilizada pelos produtores é transferida aos consumidores primários por meio da alimentação. Parte da energia adquirida por esses consumidores é eliminada na forma de fezes e urina, ou utilizada na respiração celular,* com consequente dissipação de calor. A energia restante é armazenada nos tecidos como matéria orgânica, constituindo uma fonte de energia para os consumidores secundários. Assim, em todos os níveis tróficos, de toda a energia que é obtida por meio da alimentação, apenas parte dela é disponibilizada para o nível seguinte. A transferência de energia ao longo da cadeia alimentar de um ecossistema é chamada fluxo de energia, e pode ser representada por meio de setas, com espessuras variadas, direcionadas ao consumidor. Essa espessura é diretamente proporcional à quantidade de energia disponibilizada ao próximo nível trófico. Observe.

*A respiração celular converte a energia armazenada nas ligações químicas da matéria orgânica em energia disponível às células (ATP) e calor. **Em geral, a proporção de energia desviada para a respiração é maior nas populações que atuam em níveis tróficos mais elevados e em animais endotérmicos.

A quantidade de energia disponibilizada em cada nível trófico varia entre os organismos e ecossistemas. De maneira geral, os produtores são os que disponibilizam maior quantidade de energia na cadeia alimentar − mais de 50% do que assimilam pela fotossíntese. Entre os consumidores, geralmente 10% da energia que é adquirida pela alimentação é disponibilizada ao próximo nível trófico. Essa porcentagem de transferência de energia de um nível trófico a outro é chamada eficiência ecológica.**

Luciane Mori

Fluxo de energia em uma cadeia alimentar

Ilustração produzida com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 112, 425. MILLER, G. T. Ciência ambiental. 11. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 49.

Assim, pode-se concluir que o fluxo de energia em uma cadeia alimentar é unidirecional, fluindo dos produtores para os consumidores. Outro aspecto importante é que a quantidade de energia transferida ao consumidor diminui à medida que é transferida de um nível trófico para outro. Ecologia

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Teia alimentar Em 1920, o inglês Charles Elton (1900-1991) reconheceu que as cadeias alimentares não são unidades isoladas no ambiente, mas estão ligadas umas às outras formando conjuntos denominados teias alimentares. 9. É possível afirmar que a onivoria favorece a versatilidade alimentar nas cadeias alimentares? Justifique.

A formação desses conjuntos é possível porque os organismos possuem certa versatilidade alimentar, ou seja, utilizam diferentes recursos alimentares e, portanto, podem participar de diferentes cadeias alimentares ocupando até mesmo níveis tróficos distintos. As relações tróficas estabelecidas entre os seres vivos constituintes de uma teia alimentar podem ser representadas por meio de setas, assim como nas cadeias alimentares. Dessa maneira, cadeias e teias alimentares mostram como as funções de produção, consumo e decomposição estão conectadas umas às outras no ecossistema. Veja a seguir.

Sim, pois o onívoro pode atuar em diferentes níveis tróficos, seja consumindo um produtor, um herbívoro ou outro consumidor.

Representação de uma teia alimentar*

*Essa teia alimentar envolve organismos da Caatinga.

cobra-cipó

onça-parda

Ilustração produzida com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 109. SCARANO, F. R. (Org.). Biomas brasileiros: retratos de um país plural. Rio de Janeiro: Casa da Palavra, 2012. p. 104, 109, 115, 124.

acauãs

mocó

teiú

tatu-bola rã planta

10. Identifique duas possíveis cadeias alimentares e represente-as no caderno. 11. Nessa representação, qual(is) organismo(s) não é(são) fonte de energia para outro ser vivo, desconsiderando a atuação dos decompositores? Justifique.

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marsupial

calango

insetos

decompositores

Luciane Mori

10. Veja a resposta desta questão nas Orientações para o professor. 11. A onça-parda, pois ela não é fonte de alimento para nenhum organismo representado na teia alimentar.

A teia alimentar representada apresenta apenas algumas das possíveis relações alimentares existentes entre os organismos representados. Comente com os alunos que, embora apenas alguns seres vivos estejam associados aos decompositores, todos os seres vivos presentes no ambiente sofrem ação desses organismos.

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Ser vivo adulto Besouro: pode atingir 5 cm de comprimento. Cuco: pode atingir 50 cm de comprimento. Falcão: pode atingir 60 cm de comprimento. Fossa: pode atingir 75 cm de comprimento. Lêmure: o corpo pode atingir 40 cm de comprimento, e a cauda pode atingir 60 cm de comprimento. Sapo asiático: pode atingir 11 cm de comprimento. Sapo nativo: pode atingir 10 cm de comprimento. Serpente: pode atingir 2,5 m de comprimento.

As cadeias e teias alimentares são caracterizadas pela interdependência dos seres vivos envolvidos nessas relações. Por isso, a retirada ou a inserção de uma ou mais espécies nesses sistemas, bem como alterações na quantidade de organismos das populações, são fatores que podem interferir nas relações alimentares e na estrutura das comunidades. Considere a teia alimentar abaixo,* em que está presente o sapo-asiático, exemplo da espécie invasora na ilha de Madagascar, apresentado na página 184.

*Os decompositores não estão representados nessa teia alimentar, embora também façam parte dessa teia alimentar.

Atl a

my Ala ck el/ nsto nk w i L at i ck / bli hoto P ck Sto

nti d Co e P h r bi o t s/ o t r La tin avel s to / ck

Representação de uma teia alimentar da Ilha de Madagascar, na África

Unidade 3

Desequilíbrio na teia alimentar

Alex Hyde/naturepl. com/Easypix

Fossa. Pe te Ox l. rep t u y pi x na d/ E as for om/ c

Lêmure.

ZU M A Evo P R lv e ES / S .c Pho C Sto hr om tos ck is H /E ho Ph e as t oto llier yp / /L /Al ix ati a ns my toc k

Frutos de lichia.

Sapo nativo. Norhayati/ Shutterstock.com

Nic kG ar

Larva de besouro.

Serpente.

Ph o Jr/ tosh Bio ot / sp Jam ho t o/ e s C O t ar m he r Imic ha ag el es

l. ep t ur i x na s y p t t / Ea bu om/ c

Cuco.

Falcão. Sapo asiático.

As relações alimentares existentes entre os organismos nativos se encontram naturalmente em equilíbrio. A similaridade de hábito alimentar do sapo-asiático (Duttaphrynus melanostictus) e do sapo nativo (Mantidactylus grandidieri) permite, por exemplo, que a espécie invasora ocupe posição similar à do anfíbio nativo nas relações alimentares da ilha. No entanto, características do sapo asiático, como o rápido crescimento populacional e a capacidade de causar a morte de seus consumidores, podem provocar um desequilíbrio na teia alimentar. A presença da espécie invasora pode causar as seguintes interferências: aumentar o consumo de insetos, como os besouros, os quais se tornam menos disponíveis aos lêmures, que se alimentam de suas larvas e à espécie nativa de sapo, que se alimenta do inseto adulto; reduzir a população de serpentes, mortas por envenenamento após consumo do sapo asiático, o que levaria ao aumento da população de cucos, entre outras interferências. Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor. 12. Como a presença do D. melanostictus pode interferir na estrutura da comunidade da ilha de Madagascar? 13. Ao se alimentarem dos frutos da lichia, os lêmures atuam como dispersores dessas plantas. De acordo com a teia alimentar representada, como a presença do sapo asiático pode interferir na manutenção dessa espécie arbórea no ambiente? Ecologia

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Biologia e Ambiente A hipótese envolvendo a calvária e o dodô George Bernard/SPL/Latinstock

Observe a gravura ao lado. A extinção de uma espécie pode influenciar na manutenção de outras em um ambiente. Por exemplo, caso um dispersor de uma determinada espécie de planta seja extinto, a reprodução dessa espécie será afetada e, consequentemente, terá a sua população reduzida. Um exemplo bastante conhecido que pode ser citado é o caso da calvária e do dodô, espécies nativas das ilhas Maurício, localizadas no Oceano Índico, próximo ao continente africano. O dodô (Raphus cucullatus) era uma ave que não tinha a capacidade de voar e que media, aproximadamente, 80 cm de altura e alcançava 20 kg. Essa espécie se alimentava de frutos, entre eles, o da calvária, contribuindo para a dispersão de suas sementes. Com a chegada dos holandeses às ilhas Maurício, no século XVI, o dodô passou a ser caçado como fonte de alimento. As características físicas dessa ave a tornavam presa fácil dos caçadores e de animais domésticos. Como consequência, a população de dodôs sofreu uma rápida redução, e, no final do século XVII, todos os indivíduos dessa espécie já haviam desaparecido.

Tom Gardner/Alamy Stock Photo/Latinstock

GOLDSMITH, Oliver. [Sem título]. 1774. Representação de um dodô.

A calvária (Sideroxylon grandiflorum), também conhecida como árvore-dodô ou tambalacoque, é uma árvore bem resistente, com tronco grande e raiz profunda. Entretanto, desde os anos 1970, acredita-se que essa espécie esteja em processo de extinção. Dos poucos indivíduos ainda vivos, apesar de antigos, muitos ainda não conseguiram completar seu ciclo reprodutivo. Pesquisas antigas defendiam que os dodôs faziam parte do ciclo reprodutivo da calvária, pois ingeriam e dispersavam suas sementes. Ao passarem pelo sistema digestório das aves, a casca dura e espessa das sementes da calvária era perdida, tornando-as aptas a germinar. A extinção dessas aves parece ter influenciado diretamente no ciclo de vida da calvária, cujas sementes permanecem com a casca rígida, impossibilitando sua germinação. Isso explicaria por que as calvárias restantes ainda vivas têm mais de 300 anos de idade, e por que não nascem novos indivíduos desde que os dodôs foram extintos.

Semente de calvária em corte.

No entanto, é claro que outros fatores, como o desmatamento e a introdução de espécies nessas ilhas, podem ter ajudado a reduzir ainda mais a população de calvárias. E, embora atualmente a relação entre a extinção do dodô e a ameaça de extinção da calvária seja contestada por alguns pesquisadores, esse exemplo mostra que os seres vivos estão relacionados uns aos outros e que o ser humano é um dos principais agentes na manutenção ou na destruição do equilíbrio dessas relações.

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As pirâmides ecológicas são representações gráficas da contribuição dos diversos níveis tróficos pelos quais a matéria e a energia são transferidas em um ecossistema. Elas são formadas por barras sobrepostas, que representam o número de indivíduos, ou de biomassa, ou de energia nos diferentes níveis tróficos de uma cadeia ou teia alimentar. A altura de cada barra geralmente é constante, mas o comprimento delas varia proporcionalmente ao valor que é representado. A base das pirâmides ecológicas corresponde ao primeiro nível trófico da cadeia alimentar, o dos produtores, enquanto as camadas superiores sucessivas correspondem aos níveis tróficos dos consumidores. Os decompositores não são representados nas pirâmides ecológicas, as quais podem ser de três tipos: de número, de biomassa ou de energia.

*A pirâmide de números também é chamada pirâmide de Elton, pelo fato de ter sido idealizada pelo cientista Charles Sutherland Elton, em 1927.

Unidade 3

Pirâmides ecológicas

Pirâmide de números A pirâmide de números* consiste em um tipo de diagrama que apresenta a quantidade de organismos existentes em cada nível trófico de uma cadeia ou teia alimentar. Na maioria das cadeias alimentares, quanto mais elevado é o nível trófico, maior é o tamanho corporal dos organismos e, consequentemente, mais energia eles precisam consumir para se manter. Assim, é necessário um grande número de organismos em um nível trófico mais basal para alimentar uma quantidade cada vez menor de organismos nos níveis tróficos superiores.

1 baleia 5 000 krill 50 000 fitoplâncton Representação de uma pirâmide de número hipotética.

As pirâmides de números, no entanto, podem apresentar formatos variados, dependendo dos organismos que compõem a cadeia alimentar e das relações existentes entre eles. A

B 6 leões

1 000 piolhos

1 búfalo

10 macacos 1 000 gramíneas

1 árvore

Representação de pirâmides de números hipotéticas, em número de indivíduos/m2, com formatos variados. Alguns herbívoros, como os elefantes, são maiores que seus predadores, os leões, os quais muitas vezes caçam em bando A . Uma única árvore pode ceder frutos para diversos macacos, os quais são parasitados por uma quantidade elevada de piolhos B , resultando em uma pirâmide invertida.

Pirâmide de biomassa Podemos definir biomassa como a quantidade de matéria orgânica presente no corpo do organismo, ou seja, sua massa corpórea. Cada nível trófico na cadeia ou teia alimentar contém certa quantidade de biomassa,** a qual é transferida ao longo dos diferentes níveis tróficos. Assim, a pirâmide de biomassa apresenta a quantidade de matéria orgânica presente nos organismos de diferentes níveis tróficos, por unidade de área (g/m2) ou volume (g/m 3), em determinado momento ou por determinado período de tempo.

**A biomassa é expressa em peso seco, pois a água, que é uma molécula inorgânica, é previamente retirada da matéria orgânica por secagem.

Esse tipo de pirâmide pode ter formatos variados, inclusive pode ser invertida, dependendo dos organismos envolvidos e das relações estabelecidas entre eles.

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

1 kg/m2 de carnívoro 10 kg/m2 de herbívoros 100 kg/m2 de vegetação Representação de pirâmide de biomassa hipotética, em kg/m2.

Ilustrações produzidas com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 103.

Ecologia

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Pirâmide de energia Além de contribuir para a compreensão das cadeias alimentares como sistemas de transformação de energia, o ecólogo estadunidense Raymond Lindeman (1915-1942) idealizou a representação do fluxo energético por meio de uma pirâmide de energia. Esse tipo de pirâmide apresenta a quantidade de energia em caloria (cal), quilocaloria (kcal) ou Joule (J), armazenada na forma de matéria orgânica em cada nível trófico, por unidade de área (m2) ou volume (m 3), em uma determinada unidade de tempo.

*O termo produção se refere tanto ao processo de formação de matéria orgânica pela fotossíntese, no caso dos autótrofos, quanto à incorporação da matéria orgânica, obtida pela alimentação, nos tecidos dos heterótrofos. **Inclui a quantidade de energia que é dissipada para o ambiente na forma de calor.

Quando a produtividade se refere à formação de matéria orgânica a partir da fotossíntese ou da quimiossíntese pelos produtores, ela é denominada produtividade primária. Quando se refere à quantidade de matéria orgânica formada a partir da energia obtida por meio da alimentação, no caso dos consumidores, ela é chamada produtividade secundária. 15. O nível trófico dos produtores, pois estes utilizam menos energia na manutenção do próprio organismo, transferindo uma porcentagem maior de energia aos demais níveis tróficos, quando comparado aos consumidores. 14. Relacione nível trófico à produção e à respiração. 15. Que nível trófico apresenta uma transferência de energia mais eficiente? Justifique.

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Guilherme Casagrandi

1 kcal/m2 de dourados 1 000 kcal/m2 de lambaris 10 000 kcal/m2 de fitoplâncton Representação hipotética de pirâmide de energia, em kcal/m2.

Ilustração produzida com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 103.

Diferentemente das pirâmides de número e de biomassa, a pirâmide de energia nunca é invertida, e se apresenta sempre como uma pirâmide típica, ou seja, com base larga e camadas sucessivamente menores. Isso ocorre porque, durante a transferência unidirecional da energia entre os níveis tróficos, parte dela é dissipada para o ambiente ou utilizada pelo organismo. Assim, quanto mais afastada dos produtores, menor é a quantidade de energia disponível para o próximo nível trófico. A produção* de matéria orgânica em determinada área, nível trófico ou ecossistema, em um intervalo de tempo, é chamada de produtividade bruta (PB). Parte da energia contida nessa matéria orgânica é utilizada pelo próprio organismo na realização da ** respiração celular (R). A matéria orgânica produzida e disponibilizada para o nível trófico seguinte, em determinado intervalo de tempo, é chamada de produtividade líquida (PL) e pode ser calculada como PL = PB – R . A diferença de comprimento entre as barras formadoras da pirâmide de energia representa a quantidade de energia que não foi transferida de um nível trófico a outro. Assim, pode-se dizer que as barras da pirâmide de energia representam a produtividade líquida de um determinado nível trófico, ou seja, a energia que se encontra disponível para o nível trófico adjacente. Entre os diferentes tipos de pirâmide ecológica, a pirâmide de energia é a mais utilizada pelos ecólogos para comparar a estrutura trófica de diferentes ecossistemas. O estreitamento das barras da pirâmide de energia evidencia que a quantidade de energia potencialmente disponibilizada aos níveis tróficos subsequentes é, de modo geral, bastante reduzida. A relação entre produtividade bruta e líquida pode variar entre diferentes ecossistemas, a depender das taxas de assimilação e de uso da energia pelos organismos constituintes. Essas taxas interferem diretamente na quantidade de matéria orgânica que é armazenada em cada nível trófico e que se torna disponível ao nível trófico seguinte, a chamada produção. Produção e respiração por nível trófico Nível trófico

Produção (%)

Respiração (%)

Produtores

60-70

30-40

Consumidores primários

40-50

50-60

Consumidores secundários

5-10

90-95

A tabela ao lado fornece dados aproximados da proporção de energia que é assimilada em cada nível trófico (produção) e a quantidade energética que é desviada para uso do próprio organismo (respiração).

Fonte: ODUM, E.; BARRET, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 110.

14. Quanto mais elevado é o nível trófico, maior é a quantidade de energia que é utilizada pelo próprio organismo na respiração celular. Como consequência, a produção é menor, ou seja, a quantidade de energia é armazenada e disponibilizada ao próximo nível trófico.

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. O que é cadeia alimentar?

*Informe aos alunos que predadores são consumidores que estabelecem uma relação ecológica específica com suas fontes de alimento. Esse assunto será abordado em detalhes no capítulo 12 deste volume.

2. No caderno, defina os seguintes termos: produtores, consumidores, decompositores e Unidade 3

nível trófico.

3. O que é fluxo de energia e qual(is) é(são) a(s) sua(s) principal(is) característica(s)? 4. O que caracteriza o desequilíbrio em uma cadeia alimentar? 5. O que são pirâmides ecológicas? Quais são os tipos de pirâmides existentes e o que as diferencia?

6. Qual é a principal diferença entre produtividade bruta e produtividade líquida? 7. Leia o trecho da reportagem abaixo e responda às questões. A falta de predadores* naturais é a principal causa apontada para o aparecimento, em grande quantidade, de grilos em um povoado da zona rural da cidade de Riachão do Jacuípe, no interior da Bahia, [...]. [...] Como explicação está o fato de os predadores naturais dos grilos − animais como sapos e lagartixas −, estarem em quantidade menor do que o suficiente para conter a população de grilos. E a explicação para isso vem [...] de um desequilíbrio na natureza, como a ampliação da área urbana, o que tira o hábitat natural para a vida e reprodução desses predadores. [...] o hábito de moradores que matam espécies como sapos e lagartixas também pode aumentar o desequilíbrio. [...] [...] Os grilos [...] se alimentam de plantas e a falta deles também produziria um desequilíbrio ambiental, já que são [consumidores] primários, e na falta deles, haveria impacto nos demais níveis da cadeia alimentar. [...] FALTA de predadores naturais é causa de invasão de grilos em cidade na BA. G1, São Paulo, 22 set. 2015. Disponível em: <http://g1.globo.com/bahia/ noticia/2015/09/falta-de-predadores-naturais-e-causa-de-invasao-de-grilos-em-cidade-na-ba.html>. Acesso em: 4 abr. 2016.

a ) Pode-se afirmar que o texto acima trata de relações alimentares? Justifique. b ) De acordo com o texto acima, qual é a causa da superpopulação de grilos? c ) No caderno, represente uma cadeia alimentar que envolva os seres vivos citados no trecho da reportagem acima. Em seguida, identifique cada ser vivo em relação ao nível trófico ocupado na cadeia alimentar. d ) No caderno, represente a cadeia alimentar que você elaborou na questão anterior na forma de pirâmide de energia. e ) A superpopulação de grilos pode ser considerada um exemplo de desequilíbrio na cadeia alimentar? Justifique. f ) Que impactos a extinção dos grilos poderia causar nos outros elementos da cadeia alimentar?

8. Identifique os tipos de pirâmides ecológicas mostrados abaixo. O que é possível concluir a partir da observação de cada uma delas?

protozoários parasitas insetos herbívoros árvore

B

aves grilos gramíneas

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

A

Ecologia

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9. Observe os dados da tabela ao lado e responda

Estimativa de PPL em floresta úmida tropical e oceano

às questões propostas.

Área (1012m2)

Média de produtividade primária líquida (g/m2/ano)

17

2 200

332

125

Floresta úmida tropical Oceano

a ) Qual dos dois ecossistemas apresenta maior produtividade primária líquida (PPL) por unidade de área? Com relação à produção de matéria orgânica, o que isso significa? b ) Qual é a quantidade de matéria orgânica produzida e disponibilizada na cadeia alimentar por esses ecossistemas, durante um ano, considerando toda a sua extensão? O que você pode concluir sobre a PPL e a quantidade de matéria orgânica produzida na Terra?

Fonte: ODUM, E.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 89.

10. (UFSC) O diagrama abaixo representa uma possível teia alimentar marinha antártica. Com base nas informações contidas no diagrama, bem como em conceitos ecológicos, indique a soma da(s) proposição(ões) CORRETA(S). baleias com dentes cachalotes focas-elefante

focas-leopardo aves

peixes

lulas

copépodes

krill

fitopâncton

Guilherme Casagrandi

baleias sem dentes

01 ) O fitoplâncton configura o grupo dos produtores e os seres que se alimentam dele são consumidores secundários. 02 ) As baleias com dentes participam de três níveis tróficos diferentes. 04 ) Cerca de 10% da energia armazenada na matéria orgânica de cada nível trófico é conver tida em matéria orgânica no nível trófico seguinte. Este fato é considerado relevante para a inexistência de cadeias alimentares muito longas.

08 ) Os decompositores, não representados na teia alimentar acima, têm papel fundamental na ciclagem de nutrientes. 16 ) O krill e a lula podem ser consumidores secundários ou terciários. 32 ) A biomassa da população de baleias é menor do que a biomassa da população de fitoplâncton no ecossistema antártico. 64 ) Na teia representada, existe apenas um indivíduo ocupando o topo da cadeia alimentar.

11. (USP) Como consequência do aquecimento global, criaram-se condições favoráveis para o aumento da incidência de um fungo que parasita anfíbios. Esse fungo causa a quitridiomicose, uma doença que já resultou no desaparecimento de muitas espécies de pererecas, sapos e rãs. A cadeia alimentar apresentada abaixo é a de um ecossistema aquático hipotético. alga

inseto

anfíbio

peixe

ave

Suponha que a população de anfíbios, dessa cadeia, tenha sido seriamente afetada pela quitridiomicose, e que parte de seus indivíduos tenha morrido. Como consequência desse fato, espera-se a ) diminuição da população de insetos, que se alimentam de algas, e aumento da população de aves. b ) diminuição da população de peixes, que se alimentam de anfíbios, e de aves, que se alimentam de peixes. c ) aumento da população de algas, assim como da população de insetos, que delas se alimentam. d ) diminuição da população de anfíbios e manutenção do tamanho das demais populações que participam da cadeia. e ) aumento da população de algas e manutenção do tamanho das demais populações que participam da cadeia, exceto da população de anfíbios.

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Captura via escâner

12. (Enem) Os personagens da figura estão representando uma

Unidade 3

situação hipotética de cadeia alimentar. Suponha que, em cena anterior à apresentada, o [ser humano] tenha se alimentado de frutas e grãos que conseguiu coletar. Na hipótese de, nas próximas cenas, o tigre ser bem-sucedido e, posteriormente, servir de alimento aos abutres, tigre e abutres ocuparão, respectivamente, os níveis tróficos de: a ) produtor e consumidor primário. b ) consumidor primário e consumidor secundário. c ) consumidor secundário e consumidor terciário. d ) consumidor terciário e produtor. e ) consumidor secundário e consumidor primário.

13. (UEM-PR) Um gafanhoto aproveita apenas 10% da energia contida no alimento que ingere, sendo o restante eliminado nas fezes. 20% da energia aproveitada são utilizados na manutenção do metabolismo e o restante é armazenado nos tecidos corporais. Sobre esse exemplo e considerando o conhecimento sobre níveis tróficos, pode-se afirmar que: 01 ) uma pirâmide de energia possui ápice para baixo devido à perda de energia que ocorre em cada nível da cadeia. 02 ) em um campo, espera-se que a biomassa dos gafanhotos seja maior do que a biomassa de pássaros insetívoros. 04 ) na pirâmide de energia, o nível trófico correspondente ao do gafanhoto é representado por um retângulo cuja área é determinada pela quantidade de seus predadores num determinado tempo. 08 ) de 480 calorias ingeridas por um gafanhoto, 38,4 delas estarão disponíveis ao predador. 16 ) a transferência de energia na cadeia alimentar é bidirecional: parte da energia é dissipada como calor durante as atividades metabólicas dos organismos e parte é eliminada nas fezes.

Disponível em: <www.ciencias gaspar.blogspot. com.br/2009/06/ teia-alimentar. html>. Acesso em: 11 abr. 2016.

14. (Udesc-SC) A transferência de energia e matéria entre os seres vivos de uma comunidade passa constantemente por meio de cadeias e teias alimentares. Analise as proposições abaixo, em relação ao enunciado. I ) É chamada de cadeia alimentar a sequência de seres vivos em que um serve de alimento ao outro. II ) Em uma comunidade existem várias cadeias interligadas, que formam uma teia ou rede alimentar. III ) O fluxo de matéria e energia é repassado integralmente aos consumidores e depois aos produtores e decompositores. IV ) Parte da matéria orgânica e da energia que fica nos autotróficos constitui alimento disponível para os consumidores. São corretas: a ) Somente as b ) Somente as c ) Somente as d ) Somente as e ) Somente as

afirmativas afirmativas afirmativas afirmativas afirmativas

I, II e III são verdadeiras. II e IV são verdadeiras. I, II e IV são verdadeiras. I e III são verdadeiras. III e IV são verdadeiras.

Refletindo sobre o capítulo

Vejas as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Relacione o cartum da página 185 com o exemplo apresentado na página 184. B O que aconteceria em uma cadeia alimentar se toda a energia obtida na alimentação passasse entre os diferentes níveis tróficos dessa cadeia? C A partir do que foi abordado neste capítulo, você considera que a denominação “ciclos alimentares”, proposta por Charles Elton em 1927, estava correta? Justifique. Ecologia

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Dann Tardi/Blend Images/LWA/Easypix

Mulher amamentando.

capítulo

**Informe aos alunos que crianças amamentadas com leite materno possuem, por exemplo, predominância de bifidobactérias e menor número de clostrídios, quando comparadas com crianças alimentadas com outro tipo de leite.

A) Sim, de acordo com o texto, o leite materno é uma importante fonte e estimulante de muitos microrganismos constituintes da microbiota intestinal do recém-nascido. B) Sim, a flora intestinal pode variar ao longo da vida por atuação, por exemplo, de idade, alimentação, fatores ambientais, entre outros. C) As interações entre as diferentes espécies são: inibição do crescimento de Shigella sp. por Escherichia coli; inibição do crescimento de outras bactérias por Lactobacillus sp. e estímulo do crescimento de bactérias anaeróbias por ação de bactérias facultativas.

Outras relações entre os seres vivos *A microbiota se concentra principalmente no intestino grosso.

A microbiota ou flora intestinal se refere a todos os microrganismos encontrados naturalmente nos intestinos* dos seres vivos, onde atuam em diferentes funções, como, por exemplo, na digestão de alimentos e absorção de nutrientes, na produção de vitaminas e na proteção contra patógenos. Essa microbiota é formada, basicamente, por bactérias, e sua composição pode ser alterada por diferentes fatores, como idade, alimentação, consumo de remédios, fatores ambientais, entre outros. A formação da microbiota normal de um ser humano se inicia logo após o parto. O leite materno é uma importante fonte e também estimulante do crescimento de muitos microrganismos formadores da microbiota normal do recém-nascido.** Alguns desses microrganismos podem ser regularmente benéficos ao ser humano, como as bifidobactérias, que estimulam as defesas imunológicas e produzem vitaminas, ou podem ser prejudiciais, como os clostrídios, que produzem substâncias nocivas ao organismo. Os microrganismos constituintes da microbiota intestinal interagem uns com os outros. Bactérias Escherichia coli, por exemplo, inibem o crescimento de bactérias nocivas à saúde, como Shigella sp., quando disputam fontes de carbono; Bactérias do gênero Lactobacillus disputam sítios de adesão no intestino e produzem substâncias que inibem o crescimento de outras bactérias; por meio do consumo de gás oxigênio, bactérias facultativas***criam condições que favorecem o crescimento de bactérias anaeróbias. A De acordo com o texto, o aleitamento materno interfere na flora intestinal do ser humano? Justifique. B A composição da flora intestinal pode variar ao longo da vida? Se sim, que fatores podem interferir nessa constituição? C Identifique as interações estabelecidas entre as diferentes espécies citadas no texto acima. ***Informe aos alunos que as bactérias facultativas são aquelas que podem crescer tanto na presença quanto na ausência de gás oxigênio.

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As relações ecológicas se referem às interações estabelecidas entre os seres vivos de uma comunidade. Essas relações podem resultar, por exemplo, no aumento das chances de sobrevivência dos indivíduos de uma população, por meio da obtenção de recursos (alimento, água, abrigo) e de condições favoráveis à reprodução. Essas relações podem ser neutras ou benéficas, ou prejudiciais à sobrevivência e à reprodução dos organismos envolvidos. Nas relações harmônicas não se observa prejuízo a nenhum dos organismos envolvidos, e pelo menos um deles é beneficiado pela relação. Já nas relações desarmônicas se observa prejuízo a pelo menos um dos participantes da relação ecológica. Quando as interações ecológicas ocorrem entre organismos de uma mesma espécie, elas são chamadas de relações intraespecíficas, enquanto as que ocorrem entre organismos de espécies diferentes são chamadas de relações interespecíficas. Veja a seguir.

Os benefícios, prejuízos ou neutralidade das relações ecológicas podem ser representados pelos sinais “+”, “-“ e “0”, respectivamente.

Unidade 3

Relações ecológicas

Colônia

Harmônica

Sociedade

Intraespecífica

Canibalismo Desarmônica

Competição Mutualismo

Relações ecológicas

Harmônica

Protocooperação Comensalismo Predação

Interespecífica

Parasitismo Desarmônica

Competição Alelopatia Amensalismo

Colônia

Ser vivo adulto

Colônia é um tipo de relação harmônica desenvolvida entre indivíduos da mesma espécie, em que os indivíduos interagem uns com os outros e são ligados fisicamente entre si, podendo haver ou não divisão de trabalho entre os organismos formadores.

tentáculos

tecido vivo boca

esqueleto calcário

Danita Delimont Agency/Easypix

Broadbelt/Shutterstock.com

Caravela-portuguesa (Physalia physalis).

Coral-cérebro: pode atingir até 1 m de diâmetro.

Somma Studio

Os corais são um exemplo de colônia em que não ocorre divisão de trabalho entre os indivíduos constituintes. Esse tipo de associação é formado por diversos pólipos, com forma e função semelhantes. Cada pólipo representa um indivíduo, o qual secreta um esqueleto de carbonato de cálcio abaixo dos tecidos vivos.

A caravela-portuguesa é um exemplo de colônia em que ocorre divisão de trabalho entre os indivíduos constituintes. Esse cnidário é formado pela união de inúmeros pólipos, os quais atuam conjuntamente como um único indivíduo, mas possuem formas e funções variadas, como defesa, reprodução, flutuação ou alimentação.

Caravela-portuguesa: pode atingir até 50 cm de comprimento.

cavidade gastrovascular Representação de um pólipo de coral. As cavidades gastrovasculares dos pólipos estão todas conectadas por uma lâmina de tecido existente sobre o esqueleto calcário.

Coral-cérebro (Diploria labyrinthiformis).

Ilustração produzida com base em: HICKMAN, C. P.; ROBERTS, L. S.; LARSON, A. Princípios integrados de Zoologia. 11. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. p. 254.

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Sociedade

*Informe aos alunos que território é qualquer área limitada defendida por um ou mais indivíduos contra a invasão de outros.

A sociedade é um tipo de relação harmônica entre indivíduos da mesma espécie e independentes fisicamente em que todos os organismos envolvidos cooperam entre si e são beneficiados pela relação. A principal característica das sociedades é a distribuição de tarefas entre os membros constituintes de acordo com a hierarquia estabelecida entre eles, a qual interfere, por exemplo, no seu nível de relacionamento, na reprodução, na distribuição de território* e no acesso aos alimentos. Diferenças no padrão de sequências do DNA, nos níveis de alguns hormônios, no padrão de desenvolvimento, entre outros, além de influências ambientais, definem qual função cada indivíduo desempenha em uma sociedade de insetos, por exemplo. Rato-toupeira-pelado: pode atingir 7 cm de comprimento.

Casta: posição social em um sistema hierárquico. Feromônio: substância química secretada no ambiente por alguns animais para a marcação de trilhas, territórios e atração sexual. Forrageamento: busca e exploração de recursos alimentares.

Existem vários graus de sociabilidade. Alguns insetos, como formigas, abelhas, vespas e cupins, apresentam elevado grau de organização social e, por isso, são conhecidos como eussociais. Em uma organização eussocial há distribuição de tarefas, ocorre cooperação na construção do ninho e no cuidado dos filhotes. Diversos adultos vivem juntos e ocorre sobreposição de gerações, com pais e filhos vivendo em um mesmo grupo. Geralmente, uma única fêmea ou poucas delas são responsáveis pela oviposição no grupo, observando-se a presença de castas estéreis cujos indivíduos alimentam e cuidam dos filhotes em desenvolvimento. Em alguns casos, observam-se, inclusive, diferenças físicas entre os indivíduos relacionadas com o papel de reprodução, defesa ou manutenção do ninho. A comunicação entre os membros de uma sociedade é essencial para a manutenção e organização do conjunto. No caso dos insetos, essa comunicação é feita principalmente por meio de feromônios.

Na sociedade de cupins ou térmitas, os cupins operários A são ápteros (sem asas) e responsáveis pelo forrageamento, alimentação e cuidado da prole, construção e reparo do ninho, entre outras funções; os cupins soldados B geralmente possuem a cabeça expandida e são dotados de poderosas mandíbulas, sendo responsáveis pela defesa do ninho; as formas aladas C são reprodutivamente ativas e, após perderem as asas, dão origem ao rei D ou à rainha E , os quais são responsáveis pela reprodução na sociedade.** C

Muitos vertebrados, como gorilas, castores e seres humanos, se organizam em sociedades. No entanto, a eussociabilidade entre os vertebrados é conhecida apenas no rato-toupeira-pelado da África (Heterocephalus glaber) e no rato-toupeira (Cryptomys damarensis). O número de indivíduos envolvidos em uma sociedade é extremamente variado. Sociedades de formigas saúvas (Atta sp.), por exemplo, são muito numerosas, podendo conter de um a oito milhões de indivíduos. No caso das formigas, os ninhos (formigueiros) podem atingir dimensões surpreendentes, com área de 85 metros quadrados e 40 toneladas de terra. Dentro do ninho, podem ser armazenados até 900 quilos de material vegetal, em câmaras localizadas a até 10 metros de profundidade no solo.

A

B E

Ilustração produzida com base em: GULLAN, P. J.; CRANSTON, P. S. Os insetos: um resumo de Entomologia. 3. ed. São Paulo: Roca, 2007. p. 279, 282.

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Ilustração: Luciane Mori

D

Rainha de rato-toupeira-pelado (Heterocephalus glaber) rodeada de filhotes. A sociedade desse mamífero possui em média 70 a 80 indivíduos, embora algumas associações possam envolver cerca de 300 indivíduos. A organização da sociedade de H. glaber é baseada na existência de uma rainha, responsável pela geração de filhotes, e de um a três machos com os quais ela copula. Organismos menores exercem as funções de operários, enquanto organismos maiores rainha filhotes atuam como soldados, fazendo a defesa do grupo. Os organismos não relacionados com a reprodução não são estéreis, mas são reprodutivamente reprimidos por um feromônio liberado na urina da rainha.

Neil Bromhall/naturepl.com/Easypix

Ser vivo adulto

**Diferentemente da sociedade de abelhas, vespas e formigas, que possuem apenas uma rainha, a sociedade de cupins é encabeçada por um par de progenitores, o rei e a rainha, que produzem todos os demais indivíduos da sociedade.

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Mutualismo

O mutualismo é um tipo de relação ecológica interespecífica harmônica, em que o crescimento e a sobrevivência de ambas as espécies são beneficiados e uma, geralmente, não pode sobreviver sem a outra em condições naturais.* Esse tipo de simbiose obrigatória pode ser observado, por exemplo, nos liquens e entre alguns insetos e microrganismos degradadores de celulose. Veja a seguir.

A

alga

Seção transversal do liquen Parmelia sulcata (aumento aproximado de 480 vezes).

Barata: pode atingir 3 cm de comprimento. Mariposa-da-yuca (Tegeticula yuccasella): pode atingir 3,5 cm de envergadura.

Eric V. Grave/Photo Researchers, Inc./Latinstock

fungo

Ser vivo adulto

A capacidade de digestão de celulose ingerida por alguns insetos, como cupins e baratas do gênero Cryptocercus, é resultado, geralmente,** da associação mutualística desses insetos com protozoários específicos, como Trichonympha sp. Esses microrganismos degradam a celulose ingerida pelos insetos, transformando-a em substâncias que possam ser absorvidas no intestino do animal, como a glicose. Os microrganismos, por sua vez, encontram abrigo e alimento no interior do corpo dos insetos. Piotr Naskrecki/Minden Pictures/Latinstock

Eye of Science/SPL/Latinstock

Os liquens são associações mutualísticas estabelecidas entre fungos e algas. Nesse tipo de relação, as algas – organismos autótrofos – realizam a fotossíntese e transferem parte dos produtos resultantes desse processo aos fungos, os quais, por sua vez, absorvem água e nutrientes e os transferem às algas para a realização da fotossíntese. Geralmente as hifas dos fungos não penetram no interior das células das algas.

*Quando a espécie sobrevive, o seu desenvolvimento é afetado negativamente na ausência da outra espécie envolvida na relação ecológica. Unidade 3

Durante muito tempo, o termo simbiose foi usado como sinônimo de um tipo específico de relação interespecífica, o mutualismo. No entanto, atualmente simbiose se refere a qualquer associação desenvolvida entre indivíduos de espécies diferentes, podendo ser obrigatórias ou facultativas. Nas simbioses obrigatórias, uma das espécies não vive sem a outra, enquanto na simbiose facultativa não se observa essa dependência, ou seja, ambas as espécies envolvidas podem viver independentemente uma da outra.

B

Barata (Cryptocercus punctulatus) se alimentando de madeira A . Protozoário Trichonympha sp. encontrado no intestino do inseto B (aumento aproximado de 133 vezes).

A polinização realizada por determinadas espécies de animais pode ser considerada um tipo de mutualismo quando ambas as espécies, animal e vegetal, apresentam uma relação de dependência e especificidade entre si, como é o caso da mariposa-da-yuca (Tegeticula yuccasella) e a planta Yuca. Veja a seguir.

**Alguns cupins considerados evolutivamente mais modernos podem apresentar simbiose apenas com bactérias e até mesmo produzir suas próprias celulases.

mariposa-da-yuca

Mariposa-da-yuca visitando a flor de yuca (Yucca torrey).

Dan Suzio/Photo Researchers, Inc./Latinstock

Michael & Patricia Fogden/Corbis/Latinstock

A relação estabelecida entre a mariposa-da-yuca e a yuca é um tipo de mutualismo no qual a planta depende da mariposa para sua reprodução e o inseto depende da planta para completar seu ciclo de vida. As mariposas possuem estruturas especializadas em raspar as anteras da yuca para coletar pólen, o qual é guardado como uma massa abaixo da cabeça do animal, que, em seguida, visita outra planta e deposita ativamente o pólen em seu estigma. Ao mesmo tempo em que polinizam, as mariposas perfuram o ovário da planta onde depositam seus ovos, dos quais eclodem larvas que se alimentam de algumas sementes da planta, deixando outras viáveis para germinação. larva

Larva de mariposa-da-yuca emergindo do fruto de yuca (Yucca schidigera).

Ecologia

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Protocooperação A protocooperação é um tipo de relação interespecífica harmônica em que ambas as espécies se beneficiam da relação. No entanto, diferentemente do mutualismo, as espécies envolvidas na protocooperação podem viver independentemente uma da outra sem nenhum prejuízo, ou seja, não é um tipo de relação obrigatória.

camarão-limpador

hasrullnizam/Shutterstock.com

O camarão-limpador é um crustáceo que comumente é observado fazendo a limpeza do corpo de outros organismos. Nesse tipo de associação, o crustáceo se alimenta de restos de tecidos e parasitas existentes no corpo de outros animais. Assim, nessa relação, o camarão obtém alimento à medida que elimina parasitas prejudiciais à outra espécie.

zaferkizilkaya/Shutterstock.com

O caranguejo-boxeador (Lybia sp.) apresenta uma relação de protocooperação com anêmonas na medida em que as carrega em seus apêndices para diversos locais e proporciona a elas o consumo de alimentos provenientes da sobra de sua alimentação. O benefício para o caranguejo vem da produção de substâncias irritantes por parte da anêmonas que garantem a proteção do crustáceo contra possíveis predadores.

anêmonas

Caranguejo-boxeador (Lybia tesselata) com anêmonas (Triactis sp.) em seus apêndices.

**É possível que, além da alimentação, a rêmora se beneficie pelo transporte promovido pela tartaruga, uma vez que a primeira espécie tem capacidade natatória reduzida.

Ser vivo adulto Anêmona: pode atingir 1,5 m de altura. Bromélia: pode atingir 1 m de altura. Caranguejo-boxeador: pode atingir 3 cm de comprimento. Camarão-limpador: pode atingir 6 cm de comprimento. Moreia: pode atingir 1,2 m de comprimento. Rêmora: pode atingir 1 m de comprimento. Tartaruga-verde: pode atingir 1,5 m de comprimento.

O comensalismo é um tipo de relação interespecífica harmônica em que apenas uma das espécies envolvidas se beneficia da relação, sem que a outra espécie seja prejudicada. A espécie beneficiada (comensal) se associa à outra espécie em busca de alimento, abrigo, proteção, suporte, transporte, entre outros objetivos.* Dependendo do benefício resultante da associação entre as espécies, o comensalismo pode receber nomes específicos, como inquilinismo, forésia e epifitismo, por exemplo. No inquilinismo, uma espécie é usada de abrigo por outra espécie, como observado na relação estabelecida entre algumas espécies de pepino-do-mar e o peixe-agulha, o qual se aloja no interior do equinodermo. Na forésia, uma espécie utiliza outra como meio de transporte, como se observa na relação desenvolvida entre algumas espécies de ácaros e insetos. Já no epifitismo, uma espécie é usada como suporte por outra espécie, chamada epífita, como ocorre na relação estabelecida entre algumas plantas.

rêmoras

Richard Whitcombe/Alamy Stock Photo/Latinstock

Comensalismo

Rêmoras presas ao corpo da tartaruga-verde (Chelonia mydas) por meio de uma nadadeira dorsal modificada em estrutura de fixação. Na relação estabelecida entre essas espécies, a rêmora se beneficia ao consumir os restos alimentares provenientes da alimentação da tartaruga, que não é beneficiada nem prejudicada pela relação. ** Rob & Ann Simpson/Visuals Unlimited/ Corbis/Latinstock

*Inicialmente, comensalismo se referia apenas à relação alimentar desenvolvida entre dois indivíduos de espécies diferentes. Atualmente o termo se estende a toda relação desenvolvida entre duas espécies em que apenas uma delas é beneficiada, sem prejuízo à outra.

Camarão-limpador (Lysmata amboinensis) fazendo a limpeza do corpo de uma moreia (Gymnothorax flavimarginatus).

Bromélias crescendo sobre uma árvore. Essas epífitas se prendem aos troncos e galhos de árvores se beneficiando, principalmente, com o acesso à luz solar.

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Competição

A competição interespecífica ocorre quando há sobreposição de nichos ecológicos, ou seja, quando as espécies envolvidas compartilham condições e recursos necessários à sobrevivência e à reprodução. Quanto maior é a sobreposição dos nichos ecológicos, mais severa é a competição, o que pode resultar, por exemplo, na redução drástica de uma ou de ambas as populações, como ocorre na migração, no deslocamento ou modificação de nichos, e até mesmo na eliminação de uma das espécies do ambiente. A eliminação por competição de uma espécie considerada menos eficiente no uso e exploração dos recursos em um ambiente é chamada exclusão competitiva ou Princípio de Gause.* Para minimizar a competição, as espécies que apresentam nichos ecológicos semelhantes podem se tornar especializadas e, dessa forma, passar a explorar os recursos ambientais em momentos, maneiras ou locais diferentes. Por exemplo, duas espécies de caranguejos-chama-marés (Uca sp.), com nichos ecológicos semelhantes, são encontradas em áreas diferentes. Enquanto U. pugilator é encon­ trada em áreas abertas, planas e arenosas, U. pugnax habita substratos lodosos com gramíneas. Jacurutu (Bubo virginianus) se alimentando de um roedor. Outras aves encontradas no mesmo hábitat que B. virginianus podem se alimentar da mesma espécie de roedor que a coruja. Assim, B. virginianus reduz a quantidade de presas disponíveis às outras aves.

A

Machos de elefantes-marinhos-do-norte (Mirounga angustirostris) competindo por território reprodutivo, ou seja, por uma área onde se encontram fêmeas aptas ao acasalamento.

B

1. Identifique o tipo de competição mostrada em A e o recurso em disputa. E.R. Degginger/Alamy Stock Photo/Latinstock

A competição pode ser direta (por interferência) ou indireta (por exploração). Na competição direta (fotografia A), os organismos competidores entram em contato físico direto um com o outro como em uma luta corporal. Já na competição indireta (fotografia B), uma espécie explora um determinado recurso de uso comum no ambiente, reduzindo sua disponibilidade para outro organismo envolvido na relação ecológica, sem que haja contato direto entre eles. Na maioria das vezes, esses dois tipos de competição se sobrepõem no ambiente.

Ser vivo adulto Elefante-marinho-do-norte: pode atingir 5 m de comprimento. Jacurutu: pode atingir 64 cm de comprimento.

1. Trata-se de competição intraespecífica do tipo direta, em que o recurso disputado é o território e, consequentemente, as fêmeas que se encontram nele para acasalamento. *Esse princípio foi formulado pelo biólogo russo Georgii Frantsevich Gause (1910-1986) e afirma que duas espécies com parentesco próximo, cujos nichos ecológicos são semelhantes ou iguais, não podem coexistir em um mesmo local por muito tempo. Ecologia

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Unidade 3

A competição resulta na necessidade de todos os organismos envolvidos desprenderem tempo e energia na disputa, interferindo negativamente na sobrevivência e na capacidade reprodutiva dos competidores. Nesse tipo de relação ecológica, há, por exemplo, disputa por território, por espaço, por alimento e, no caso da competição intraespecífica, também por parceiros sexuais. Geralmente as plantas também competem entre si por acesso à luz solar, aos nutrientes e à água.

Recurso é aquilo que é usado diretamente por um organismo e que pode resultar no crescimento de uma população por interferir na sua sobrevivência e reprodução, como alimento e território. A disponibilidade de um recurso é reduzida quando ele é utilizado. Fatores ambientais, como temperatura, umidade, salinidade, pH, entre outros, não são recursos. All Canada Photos/Alamy Stock Photo/Latinstock

A competição é um tipo de relação ecológica desarmônica que pode ocorrer tanto entre espécies diferentes, na chamada competição interespecífica, quanto entre indivíduos de uma mesma espécie, na chamada competição intraespecífica. Em ambos os tipos de competição, os organismos envolvidos disputam entre si o controle e uso de um determinado recurso, o qual se encontra disponível no ambiente em quantidade insuficiente para suprir as necessidades de todos os organismos.

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Predatismo ou predação* Maria Sibylla Merian. séc. XVIII. Gravura. Museu Victoria e Alberto, Londres (Inglaterra)

Observe a gravura abaixo.

*As definições usadas na abordagem do assunto predação foram baseadas no livro: ODUM, E. P.; BARRET, G. W. Fundamentos de Ecologia. São Paulo: Cengage Learning, 2008. 2. Descreva a gravura. 3. Que tipo de relação ecológica está representada? 4. Qual dos seres vivos possivelmente sairá prejudicado dessa interação? Justifique.

A gravura ao lado representa a predação ou predatismo, um tipo de relação interespecífica desarmônica em que uma espécie, o predador, se alimenta de outra espécie, a presa. Nesse tipo de relação ecológica, a espécie predadora é beneficiada por se alimentar de um indivíduo de outra espécie para obter energia, enquanto o organismo predado é prejudicado ao ser eliminado da população. MERIAN, Maria Sibylla. Jacaré e serpente. Gravura. Museu Victoria e Alberto, Londres.

2. Espera-se que os alunos descrevam um jacaré se alimentando de uma serpente.

Joe MacDonald/SPL/Latinstock

Basicamente, a predação envolve a captura e o consumo de indivíduos. Em geral, o que pratica a captura (predador) é maior que aquele que a sofre (presa), quase sempre morto antes do consumo. Mas o fato de as presas variarem em tamanho interfere nas estratégias de captura utilizadas pelos predadores. Embora geralmente associada a grandes animais, a predação ocorre em qualquer relação que resulte na redução da população de presas, mesmo que microscópicos, como o zooplâncton, que consome o fitoplâncton.

Grupo de leões africanos (Panthera leo) caçando um búfalo (Syncerus caffer) na África. Esses felinos podem caçar sozinhos ou em grupos. Quando a caça envolve mais de um predador, as presas são potencialmente maiores do que aquelas caçadas por um único indivíduo. 4. Possivelmente a serpente será prejudicada

Kitty Bern/Shutterstock.com

pela relação, pois ela servirá de alimento ao jacaré. Este, por sua vez, será beneficiado por obter uma fonte de alimento.

3. Relação ecológica interespecífica e desarmônica. É possível que alguns alunos citem a predação. Ser vivo adulto Búfalo: pode atingir 3,4 m de comprimento. Dionaea muscipula: pode atingir 16 cm de diâmetro. Leão: pode atingir 2,5 m de comprimento.

As relações existentes entre presa e predador, incluindo plantas e animais, não são necessariamente óbvias. As plantas carnívoras também atuam como predadores, uma vez que capturam e consomem suas presas. Essas plantas crescem em solos com restrição de nutrientes como o nitrogênio. Assim, as plantas carnívoras complementam suas necessidades nutricionais a partir da digestão de outros seres vivos, os quais são importantes fontes de nitrogênio e fósforo. 5. Qual é a importância das bactérias nitrificantes para a nutrição das plantas?

Inseto preso entre as folhas da planta carnívora Dionaea muscipula. O inseto é digerido por ação enzimática e os nutrientes são absorvidos pela planta.

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5. As bactérias nitrificantes são responsáveis pela transformação do nitrogênio atmosférico, não assimilável pelos seres vivos, em formas passíveis de absorção pelas plantas, como o nitrato e amônia.

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O canibalismo ou predação intraespecífica é um tipo de relação ecológica desarmônica, na qual o indivíduo de uma espécie se alimenta de membros da sua própria espécie. Os motivos envolvidos no estabelecimento desse tipo de relação entre os seres vivos são variados, mas geralmente envolvem superpopulação ou escassez de recursos alimentares. Casos de canibalismo por escassez de recursos alimentares têm sido reportados, por exemplo, entre os ursos-polares. O canibalismo é um tipo de relação natural entre esses mamíferos. No entanto, nas últimas décadas, o consumo de membros da mesma espécie tem se tornado mais frequente possivelmente por causa das mudanças climáticas, que reduzem as plataformas congeladas usadas pelo urso-polar para a caça.

6. A longo prazo, a intensificação do canibalismo pode resultar na extinção da espécie no ambiente, uma vez que se interfere no número de indivíduos e, indiretamente, na reprodução da espécie. 6. Qual pode ser a consequência da intensificação do canibalismo entre os ursos-polares?

Unidade 3

Canibalismo

Michael & Patricia Fogden/Minden Pictures/Latinstock

O consumo de membros da mesma espécie também é observado, por exemplo, no processo reprodutivo de determinados organismos, como os insetos louva-a-deus e as aranhas* viúva-negra (Latrodectus sp.), cujas fêmeas se alimentam de seus parceiros sexuais antes, durante ou depois da cópula. *No caso das aranhas, o canibalismo

durante a cópula frequentemente está relacionado à eficiência da reprodução. Ao se oferecer como alimento à fêmea, o macho permite que a cópula seja prolongada, resultando em uma maior eficiência. Assim, não seria somente uma questão de escassez de recursos. Ser vivo adulto Perereca: pode atingir 4,5 cm de comprimento.

Girinos da perereca Isthmohyla pseudopuma se alimentando de girino da mesma espécie.

Antropofagia e cultura O canibalismo entre seres humanos é também conhecido como antropofagia. Esse tipo de relação entre os indivíduos da espécie Homo sapiens é relatado ao longo da história da humanidade, desde a Grécia antiga,** e era considerado um *** No Brasil, os primeiros relatos de antropofaato muito comum entre os astecas. gia foram feitos pelos colonizadores que aqui chegaram no século XVI, sendo o aventureiro alemão Hans Staden (1525-1579) o primeiro a relatar eventos canibais entre os indígenas tupinambás ou tupis. A prática do canibalismo pelos seres humanos é motivada por diferentes fatores e possui diferentes conotações amplamente influenciadas pela cultura de cada povo. Ao longo da história, a antropofagia foi associada, por exemplo, com vingança contra inimigos, combate a maus espíritos e aproximação e cuidado com as pessoas mortas. Com o passar dos anos, tal prática foi sendo perdida nas diferentes culturas e, atualmente, são raros os casos de povos que alegam praticar antropofagia por questões culturais, como é o caso do povo Korowai. Os Korowai vivem na Indonésia e até meados do século XX não tinham feito contato com outros povos.

Antropologia: área da ciência que estuda o homem e tudo aquilo a ele relacionado, como costumes, crenças, comportamento, organização social, entre outras características.

***Estudos relatam que o ser humano pré-histórico também praticava canibalismo. Informe aos alunos que os astecas foram povos que viveram na região do atual México e se desenvolveram principalmente entre os séculos XIV e XVI.

GUDKOV ANDREY/Shutterstock.com

Encontro com...

Antropologia

**Informe aos alunos que Grécia Antiga se refere ao período aproximado de 1 600 a.C. ao século V d.C.

Assim, por envolver questões culturais, a prática da antropofagia é um traço cultural. O que se sabe é que, atualmente, independentemente do povo, a antropofagia não está associada a hábitos alimentares.

Membros do povo Korowai, na Indonésia, em 2012. Para esse povo, o canibalismo é um modo de exterminar um mau espírito.

Ecologia

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Parasitismo

Mike Veitch/Alamy Stock Photo/Latinstock

7. Por que não é viável para o parasita que ele cause a morte de seu hospedeiro?

O parasitismo é um tipo de relação interespecífica desarmônica: interespecífica porque o parasita e o hospedeiro, integrantes dessa relação, não pertencem à mesma espécie; desarmônica porque o parasita se beneficia de matéria e energia com a alimentação de partes do corpo (tecidos ou fluidos) do hospedeiro, que é prejudicado por essa ação. Embora aumente sua probabilidade de morte ou reduza sua capacidade reprodutiva por causas indiretas, o parasitismo por si só geralmente não causa a morte do hospedeiro. O parasita geralmente é menor que seu hospedeiro, e a interação entre esses indivíduos pode ocorrer de diferentes modos. O parasita pode viver no interior do corpo do hospedeiro como ocorre com determinados vírus, bactérias, protozoários e vermes, ou fora do corpo do hospedeiro, como piolhos, carrapatos e ácaros. Os que vivem dentro do corpo do hospedeiro são chamados de endoparasitas e os que vivem fora, ectoparasitas.

parasita

Crustáceo Cymothoa exigua parasitando um peixe (Amphiprion polymnus). C. exigua se agarra à base da língua do hospedeiro por meio de garras, alimentando-se do sangue e causando a degeneração ou atrofia desse órgão no organismo que parasita. Nesse estágio, o crustáceo passa a atuar como uma língua funcional e inclui em sua dieta, além de sangue, partículas de alimento ingeridas pelo hospedeiro em sua dieta.*

Fabio Colombini

O parasitismo não é observado apenas entre animais. Muitas plantas podem atuar como parasitas de outras plantas. Dependendo das substâncias que são absorvidas de seus hospedeiros, as plantas parasitas podem ser consideradas hemiparasitas ou holoparasitas. As plantas hemiparasitas são aquelas que absorvem água e sais minerais de seus hospedeiros, mas ainda são capazes de realizar fotossíntese, como as ervas-de-passarinho. Já as plantas holoparasitas absorvem os produtos fotossintéticos diretamente de seus hospedeiros, sendo incapazes de realizar fotossíntese, como o cipó-chumbo (Cuscuta sp.).** Cipó-chumbo (Cuscuta sp.) parasitando coroa-de-cristo. As plantas parasitas apresentam haustórios, raízes modificadas que penetram no tecido do hospedeiro para dele absorver os produtos da fotossíntese. Ser vivo adulto Cipó-chumbo: a medida varia de acordo com a espécie. Crustáceo (Cymothoa exigua): pode atingir 4 cm de comprimento. Lagarta (Pieris sp.): pode atingir 6,5 cm de comprimento. Peixe (Amphiprion polymnus): pode atingir 14 cm de comprimento. Vespa: pode atingir 3 mm de comprimento.

Parasitoide Algumas espécies de vespas e moscas são consideradas intermediárias e chamadas parasitoides por exercerem a função de predadores e parasitas ao mesmo tempo. Tais espécies depositam seus ovos em indivíduos de outra espécie. As larvas dos parasitoides consomem o tecido do hospedeiro ainda vivo, causando sua morte. A morte do hospedeiro, no entanto, geralmente não ocorre antes de as larvas do parasitoide empuparem.

*Algumas espécies de Assim, pode-se dizer que os parasitoides possuem caparasitas, como racterísticas tanto de parasita quanto de predador, pois Cymothoa exigua, são residem no interior de um hospedeiro vivo do qual se alichamadas Larvas da vespa parasitoide (Cotesia mesoparasitas, por mentam causando-lhe a morte direta e excluindo-o de sua glomerata) emergindo de uma lagarta ocuparem cavidades ou população. áreas corpóreas do de borboleta Pieris sp. hospedeiro que mantêm comunicação tanto com a região interna quanto externa do hospedeiro, como a câmara branquial, a boca ou o ânus. **Se achar conveniente, comente com os alunos que organismos que parasitam outro parasita são chamados de 206 hiperparasitas.

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Nigel Cattlin/Visuals Unlimited/Corbis/Latinstock

7. Porque o parasita depende de seu hospedeiro para sobreviver e se reproduzir, uma vez que é dele que retira a energia e nutrientes de que necessita. Caso o hospedeiro seja morto, o parasita tem que procurar um novo hospedeiro.

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afídeos

Afídeos (Brevicoryne brassicae) em folha de couve. Esses animais consomem apenas algumas folhas da planta, mantendo as demais intactas.

*Inclui autores como Robert E. Ricklefs, em seu livro A economia da natureza. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. p. 305.

Unidade 3

Herbivoria é um tipo de predatismo em que o predador é consumidor primário e a presa é produtor. Nessa relação, a presa não é necessariamente morta pelo predador e pode, por exemplo, regenerar-se a partir de partes que restaram, já que o predador não necessariamente a consome como um todo. Assim, alguns autores* diferenciam a herbivoria do predatismo, dizendo que neste há a morte da presa, sem restar partes regenerativas, e que naquela se consome parcialmente a presa, que pode vir a se regenerar. Assim, do ponto de vista das relações consumidor-recurso, os herbívoros podem atuar como predadores, ao consumir plantas inteiras, e como parasitas, ao ingerir apenas partes delas sem, no entanto, causar sua eliminação da população.

Dave Bevan/Alamy Stock Photo/Latinstock

Herbivoria

Ser vivo adulto Afídeo: pode atingir 2 mm de comprimento. Coelho: pode atingir 63 cm de comprimento.

Coevolução de parasitas e hospedeiros

Um clássico exemplo de coevolução de parasita e hospedeiro é o caso que envolve coelhos e mixomavírus, na Austrália. O coelho Oryctolagus cuniculus é nativo da Europa e foi introduzido na Austrália em 1859, onde se multiplicou rapidamente, causando sérios problemas ambientais. Visando controlar a população desses coelhos, o mixomavírus foi introduzido na Austrália. Tal vírus causa a mixomatose e tem como hospedeiro natural o coelho Sylvilagus brasiliensis, espécie nativa da América do Sul e na qual o vírus provavelmente tem baixa virulência.

Jenny Cottingham/Shutterstock.com

A coevolução pode ser definida como a evolução recíproca de duas ou mais espécies que apresentam uma estreita relação ecológica entre si, como parasitas e hospedeiros, mas que não podem trocar material genético uma com a outra, ou seja, que não são intercruzantes. Nesse tipo de evolução, as espécies envolvidas influenciam uma à outra quanto às características que são selecionadas ao longo do tempo.

Embora não apresentasse efeitos severos nos coelhos Coelho Oryctolagus cuniculus. S. brasiliensis, o mixomavírus causou, nos coelhos europeus (O. cuniculus), um efeito devastador, com morte rápida de quase toda a sua população (mais de 90% em alguns locais) no período imediatamente após a introdução do mixomavírus na Austrália. Nos anos seguintes, contudo, observou-se uma redução gradual no número de mortes de coelhos por causa da mixomatose. Essa redução na mortalidade dos coelhos resultou de respostas evolutivas que favoreceram a redução da virulência do mixomavírus e o aumento da resistência dos mamíferos. Antes da introdução do mixomavírus na Austrália, apenas alguns dos coelhos apresentavam fatores genéticos que garantiam resistência ao vírus recém introduzido no ambiente. Esses animais foram fortemente selecionados pelo primeiro surto de mixomatose e se mantiveram na população, aumentando o número de coelhos resistentes ao vírus nos anos seguintes. Paralelamente, as linhagens menos virulentas do mixomavírus foram selecionadas durante o primeiro surto da doença. Isso porque, enquanto as linhagens com alta virulência causavam a morte rápida de seus hospedeiros, impossibilitando a transmissão e infecção de novos coelhos, as linhagens menos virulentas conseguiam ser transmitidas a novos hospedeiros por possibilitar que mosquitos, ao se alimentar do sangue do mamífero ainda vivo, transmitissem o vírus para outros animais sadios. Exemplos de coevolução também podem ser observados nas populações humanas. Na época do descobrimento das Américas pelos europeus, diversas doenças, como sarampo, gripe e varíola, todas comuns na Europa e causadas por vírus, foram transmitidas para as populações americanas. Em pouco tempo, essas populações foram reduzidas a cerca de 10% do seu tamanho original, por conta de infecções epidêmicas. Tal efeito devastador ocorreu porque, diferentemente das nações europeias que conviviam com os vírus havia muito tempo, os nativos americanos não coevoluíram com essas infecções, portanto não tinham resistência e defesas imunológicas contra elas.

Virulência: capacidade de causar doença, superando as defesas do hospedeiro.

8. Possivelmente tanto coelhos quanto vírus seriam extintos do ambiente. Isso porque a alta virulência dizimaria os coelhos e, como consequência, os vírus não seriam transmitidos a novos hospedeiros, impossibilitando sua sobrevivência e reprodução. 9. Porque, como o coelho S. brasiliensis era o hospedeiro natural desse vírus, possivelmente eles interagiam havia mais tempo e, consequentemente, a coevolução entre essas espécies já devia ter ocorrido. 8. O que poderia acontecer com o vírus e com os coelhos caso não tivesse ocorrido a coevolução entre essas espécies na Austrália? 9. Por que, possivelmente, o mixomavírus era menos virulento na espécie de coelho S. brasiliensis?

Ecologia

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*Autores como Robert E. Ricklefs e Eugene P. Odum relacionam alelopatia unicamente a efeitos nocivos diretos de uma planta sobre outra. No entanto, apesar de essa situação ser a mais comum para A alelopatia é um tipo de relação interespecífica desarmônica caracterizada pelo alelopatia, outros autores incluem os efeitos efeito prejudicial * de uma espécie de planta sobre a outra, por meio da produção e libebenéficos e a ação indireta das substâncias ração no ambiente de compostos químicos nocivos ou tóxicos, chamados substâncias alelopáticas de uma planta sobre outra. alelopáticas.** Esses compostos, de um modo geral, limitam ou inibem a germinação e o

Alelopatia

crescimento de outras espécies de plantas vizinhas que seriam potenciais competidoras no ambiente. **Essas substâncias são metabólitos secundários produzidos pela planta

Ser vivo adulto Eucalipto: pode atingir 60 m de altura.

alelopática, mas que não são requeridos para o seu metabolismo.

Gerson Gerloff/Pulsar

As substâncias alelopáticas são produzidas em diferentes partes do corpo da planta, como folhas e raízes, e são liberadas para o ambiente por meio da volatilização,***da decomposição de resíduos, da transpiração, entre outros processos. Ao interferir na germinação e no desenvolvimento de outras plantas, a produção dessas substâncias nocivas pode representar um benefício na forma de maior disponibilidade de recursos no ambiente, como luz solar, água, nutrientes, entre outros. ***Transformação em gás ou vapor.

Plantação de eucalipto no município de Cacequi, no estado do Rio Grande do Sul, em 2015. As substâncias produzidas nas folhas do eucalipto podem inibir a germinação e o crescimento de diversas plantas, resultando em baixa diversidade de espécies vegetais em áreas com eucaliptos.

O amensalismo ou antibiose é um tipo de relação interespecífica que apresenta efeito prejudicial evidente a apenas uma das espécies envolvidas na relação ecológica, sem interferir na outra. A espécie para a qual a interação é indiferente produz e libera substâncias no ambiente que restringem o crescimento e a reprodução da outra espécie, prejudicando-a. Esse tipo de relação é considerado comum na natureza e muitas vezes referido como competição assimétrica, pois seu efeito não é sentido igualmente por ambas as espécies. Biophoto Associates/Photo Researchers, Inc./Latinstock

****Alguns autores consideram que amensalismo e alelopatia estão relacionados a um mesmo tipo de interação. No entanto, nesta obra foi adotada a diferenciação entre alelopatia e amensalismo definida por Eugene P. Odum, para quem o amensalismo é apenas uma etapa evolutiva para o desenvolvimento da alelopatia.

Amensalismo

I II

1

III IV

Fungo Penicillium notatum 1 , produtor de antibióticos, e quatro diferentes cepas de bactérias I , II , III , IV . O antibiótico produzido pode atuar como substância nociva ao crescimento das bactérias presentes no meio. Como mostra a imagem ao lado, apenas uma das cepas bacterianas IV não teve o crescimento inibido pelo antibiótico, ocupando áreas próximas ao fungo; as demais cepas I a III não crescem próximo ao fungo por causa da inibição do antibiótico liberado no meio.

10. Cite uma semelhança e uma diferença existente entre alelopatia e amensalismo.

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Em 1928, Alexander Fleming (1881-1955) realizou um experimento no qual observou a inibição do crescimento da bactéria Staphylococcus aureus na área ao redor dos fungos que haviam contaminado o meio de cultura. O fungo foi identificado como Penicillium notatum, e a substância produzida por ele foi, posteriormente, denominada penicilina. A relação estabelecida entre o fungo e a bactéria no experimento de Fleming é do tipo antibiose. A palavra antibiose deu origem ao termo “antibiótico”, que se refere a qualquer substância produzida por microrganismos que, em concentrações adequadas, é capaz de inibir o crescimento de outro microrganismo. ****

Il l Pi us t r c t at ur e d e L Lo ans ib r n d o n ar y r y Ev Lt d/ENe w s Lt d/Ma as y pi x

Antibiose e o descobrimento da penicilina

Retrato de Alexander Fleming.

10. Ambas envolvem a produção e liberação de substâncias nocivas no ambiente. No entanto, enquanto na alelopatia uma espécie se beneficia em detrimento da outra, no amensalismo há apenas o prejuízo a uma das espécies.

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Estratégias de sobrevivência

Michael & Patricia Fogden/Corbis/Latinstock

Camuflagem Muitos seres vivos são capazes de camuflar, ou seja, disfarçar-se no ambiente por meio de cores, texturas e padrões do revestimento externo que lhes possibilitem confundir-se com algum elemento do ambiente. A camuflagem pode ser apresentada tanto pela presa, o que evita que seja vista pelo predador, quanto pelo predador, que pode aproximar-se da presa, sem ser notado. A camuflagem é intensificada pela associação a comportamentos adequados que, geralmente, incluem imobilidade ou movimentação lenta do animal camuflado.

Unidade 3

Os seres vivos apresentam diferentes adaptações que atuam como estratégias de sobrevivência. Muitas delas são especialmente importantes na relação presa-predador.

Louva-a-deus camuflado em um galho. Nessa situação, o animal pode se tornar imperceptível tanto a seus predadores quanto a suas presas. Fabio Colombini

Coloração críptica ou mesclagem é o nome dado à coloração apresentada pelos seres vivos que se mesclam com elementos do ambiente por meio da camuflagem, como o louva-a-deus apresentado acima, ou se assemelham a um elemento não comestível do ambiente, como a lagarta apresentada ao lado. Esse tipo de coloração é uma estratégia de animais palatáveis (que podem servir de alimento) e assim se tornam menos visíveis aos predadores, por exemplo. Ser vivo adulto Lagarta: pode atingir 6 cm de comprimento. Louva-a-deus: pode atingir de 5 cm a 15 cm de comprimento.

As espécies impalatáveis são aquelas que produzem substâncias nocivas ou que as acumulam no organismo por meio da alimentação. Essas substâncias garantem a essas espécies um sabor desagradável, que pode até intoxicar e envenenar o predador. A impalatabilidade é anunciada pelo organismo por meio de cores vivas e chamativas conhecidas como coloração de advertência ou aposematismo, as quais geralmente contrastam e se associam ao vermelho, amarelo ou laranja, identificando essa característica e afastando predadores, que desenvolvem aversão a um determinado padrão de coloração.

Mimetismo

Lagarta de Heraclides sp. Esse animal se assemelha a fezes de ave.

Dirk Ercken/Shutterstock.com

Rã: pode atingir até 4,2 cm de comprimento.

Rã (Dendrobates galactonotus) com coloração de advertência. Essa espécie é venenosa e endêmica do Brasil.

O mimetismo se refere às semelhanças existentes entre seres vivos de diferentes espécies que podem enganar predadores. Nesse caso, a presa apresenta uma característica encontrada em uma espécie diferente e não palatável. Por parecer nociva, ela não é predada. No mimetismo, uma espécie imita outra. Geralmente aquela que imita (chamada mímico) e aquela que é imitada (chamada modelo) são muito semelhantes fisicamente. O mimetismo pode ser de dois tipos: mimetismo batesiano e mimetismo mülleriano. Veja a seguir.

No mimetismo, o animal é avistado pelo predador, que, contudo, o confunde com algo não palatável. Já no caso da camuflagem, o animal geralmente não é avistado pelo predador. Ecologia

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StevenRussellSmithPhotos/Shutterstock.com

Chris Hill/Shutterstock.com

*O adjetivo batesiano se Mimetismo batesiano refere ao sobrenome Bates, uma homenagem O mimetismo batesiano* ocorre quando um ser vivo palatável (o mímico) apresenta a ao descobridor desse processo de mimetismo, coloração de advertência similar à de um ser vivo impalatável (o modelo), e o predador H. Bates. Esse processo Esclareça aos alunos que as alterações sofridas pelos organismos ao longo do tempo evita ambos. é também conhecido não são dirigidas, mas sim resultado de processos evolutivos, como a seleção natural. como mimetismo protetor. Se necessário, relembre o assunto abordado na unidade 2 deste volume.

A

B

A borboleta vice-rei (Limenitis archippus) e a borboleta-monarca (Danaus plexippus) são muito semelhantes. Como a segunda espécie é impalatável graças ao acúmulo de substâncias nocivas provenientes de sua alimentação, quando o predador observa a primeira espécie, pode evitá-la, pois essa se assemelha à espécie impalatável (borboleta-monarca). Borboleta vice-rei A e borboleta-monarca B , um típico exemplo de mimetismo batesiano.

Ao consumir um indivíduo de uma espécie não palatável, o predador passa a evitar qualquer presa com aparência semelhante, inclusive as palatáveis que não sejam venenosas. É possível também que um predador não conheça o padrão de impalatabilidade e se alimente da espécie palatável que realiza o processo de mimetismo batesiano. Como consequência, durante certo tempo, os indivíduos de espécies impalatáveis podem ser predados com maior frequência do que seriam se não tivessem miméticos batesianos. O estabelecimento desse tipo de estratégia de sobrevivência ocorre com espécies que vivem em um mesmo ambiente e possuem os mesmos predadores, os quais devem aprender a evitar determinados padrões por tentativa e erro.

Borboleta (Heliconius melpomene): pode atingir 7,5 cm de envergadura.

O mimetismo mülleriano é assim chamado em homenagem a seu descobridor, o zoólogo alemão Fritz Müller (1881-1897). Esse tipo de mimetismo é observado quando duas ou mais espécies, todas impalatáveis, compartilham um padrão de coloração de advertência, ou seja, apresentam aparência semelhante entre si. Essa semelhança foi selecionada ao longo da evolução e resulta na formação de grupos em que cada participante é tanto modelo quanto imitador. Assim, as espécies envolvidas podem variar quanto ao grau de toxicidade, umas mais tóxicas que outras, mas são todas notavelmente marcadas com um padrão de advertência característico. A

Padrões de cores de advertência entre borboletas Heliconius erato A e Heliconius melpomene B . Ambas as espécies são venenosas e compartilham padrão de coloração de advertência similar. O gênero Heliconius apresenta variação intraespecífica I e II ; III e IV e interespecífica A e B de cores e padrões, sendo que a similaridade física entre as diferentes espécies de borboletas I e III e II e IV se observa entre aquelas que ocorrem em um mesmo ambiente.

I

II

B

III

IV

mr_coffee/Shutterstock.com

Borboleta (Heliconius erato): pode atingir 8 cm de envergadura.

Arto Hakola/Shutterstock.com

Borboleta vice-rei: pode atingir 8,6 cm de envergadura.

Mimetismo mülleriano

Ger Bosma Photos/Shutterstock.com

Borboleta-monarca: pode atingir 9 cm de envergadura.

D, Merrimon Crawford/Alamy Stock Photo/Latinstock

Ser vivo adulto

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Qual é a vantagem de os seres vivos interagirem uns com os outros e, por vezes, formarem grupos?

2. Reescreva as frases abaixo no caderno, completando-as com as relações ecológicas corretas. Unidade 3

a ) Nas A, indivíduos da mesma espécie vivem juntos e distribuem tarefas entre si, porém não são unidos fisicamente como nas B. b ) O C e o D são relações nas quais um indivíduo se alimenta do outro. A diferença é que a primeira relação ocorre entre indivíduos da mesma espécie e a segunda ocorre entre indivíduos de espécies diferentes. c ) O E é uma associação entre duas espécies diferentes em que uma delas é beneficiada e a outra não é prejudicada nem beneficiada. No F uma espécie produz substância química que prejudica o desenvolvimento da outra espécie, sem que a primeira seja beneficiada ou prejudicada. d ) O G é uma relação benéfica para uma espécie e prejudicial à outra. Nessa relação, o indivíduo beneficiado se alimenta de partes, tecidos ou fluidos do indivíduo prejudicado. e ) A H é um tipo de competição em que uma espécie produz e libera substâncias tóxicas no ambiente que causam danos à outra espécie envolvida e benefícios à espécie produtora da substância.

3. Qual é a diferença entre mimetismo e camuflagem? E entre cores crípticas e de advertência? 4. Diferencie mimetismo batesiano de mimetismo mülleriano. 5. Leia a tirinha a seguir e responda às questões. Alexandre Beck

a ) Que tipo de relação ecológica é mencionado na tirinha? Como se caracteriza essa relação na natureza? b ) Que tipo de estratégia o personagem pretende usar ao se pintar com as tintas? Em que se baseia essa estratégia? c ) O daltonismo foi abordado no capítulo 5 BECK, Alexandre. Armandinho zero. Florianópolis: A. C. Beck, 2013. p. 59. deste volume. Faça uma pesquisa sobre e descubra o que o caracteriza. Em seguida, relacione-o com a fala do personagem “fica longe de mim, seu predador daltônico!” e a estratégia usada por ele ao se pintar com as tintas.

a ) O que você pode concluir com relação ao número de indivíduos de cada espécie nos dois tipos de cultivo, representados nas imagens A e B , ao longo dos dias? b ) Que tipo de relação ecológica possivelmente se desenvolve na cultura mista? c ) Q ue nome é dado ao proce sso sof r ido por P. caudatum na cultura mista? Explique. d ) O que se pode supor sobre os nichos ecológicos dessas espécies? Justifique.

A

Tamanho populacional

Rafael Luís Gaion

baseou no cultivo de duas espécies de Paramecium sp. isoladas e em cultura mista (juntas). A variação no número de indivíduos observada nesses cultivos ao longo dos dias está representada nas imagens ao lado. Analise-as e, em seguida, responda às questões propostas.

B

Tamanho populacional

Rafael Luís Gaion

6. Um dos experimentos realizados por G. F. Gause se

Ilustrações produzidas com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, Dias G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 291.

Dias

Representação da variação no número de indivíduos de Paramecium aurelia em cultura isolada (linha rosa) e mista (linha azul) – imagem A – e de Paramecium caudatum em cultura isolada (linha verde) e mista (linha laranja) – imagem B – ao longo dos dias.

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7. (UEM-PR) Sobre as comunidades biológicas, pode-se afirmar que 01 ) colônia é uma relação ecológica entre indivíduos da mesma espécie que cooperam entre si sem estarem unidos. 02 ) inquilinismo é uma relação ecológica interespecífica, onde a espécie hospedeira, geralmente uma planta, cresce sobre outra lhe causando prejuízos. 04 ) a competição interespecífica é caracterizada por ocorrer entre seres de espécies diferentes, cujos nichos ecológicos se sobrepõem. 08 ) comensalismo é um tipo de associação interespecífica em que os seres envolvidos interagem trocando benefícios. 16 ) herbivorismo é a relação ecológica interespecífica em que uma das espécies envolvidas é heterotrófica e se alimenta de outra espécie, que é autotrófica.

8. (UFC-CE) Um dos maiores problemas ambientais da atualidade é o representado pelas es*Informe aos alunos que esclavagismo é um tipo de relação ecológica desenvolvida entre seres vivos em que um deles explora o trabalho, as atividades ou os produtos de outro ser vivo da mesma espécie ou de espécie diferente. Veja mais informações e exemplos desse tipo de relação ecológica nas Orientações para o professor.

pécies exóticas invasoras que são aquelas que, quando introduzidas em um hábitat fora de sua área natural de distribuição, causam impacto negativo no ambiente. Como exemplos de espécies invasoras no Brasil e de alguns dos problemas que elas causam, podemos citar: o verme âncora, que vive fixado sobre peixes nativos, alimentando-se do sangue deles sem matá-los; o coral-sol, que disputa espaço para crescer com a espécie nativa (coral-cérebro), e o bagre-africano, que se alimenta de invertebrados nativos. As relações ecológicas citadas acima são classificadas, respectivamente, como: a ) mutualismo, amensalismo, canibalismo.

b ) inquilinismo, mimetismo, comensalismo.

c ) comensalismo, parasitismo, mutualismo.

d ) parasitismo, competição interespecífica, predação.

e ) protocooperação, competição intraespecífica, esclavagismo.*

9. (UEM-PR) Uma comunidade depende das diversas relações ou interações entre os organismos que a compõem. Sobre esse assunto, é correto afirmar que 01 ) as epífitas, como orquídeas e bromélias, vivem sobre outras plantas, buscando uma posição mais favorável para a absorção de energia luminosa. Essa relação é conhecida como protocooperação. 02 ) nos liquens, as algas e os fungos são independentes, mantendo apenas uma relação quanto à reprodução. 04 ) as sociedades são formadas por indivíduos da mesma espécie, que vivem unidos anatomicamente, facilitando o desenvolvimento das atividades comuns ao grupo. 08 ) o fenômeno pelo qual algumas espécies de fungos produzem substâncias antibióticas é conhecido como amensalismo. 16 ) a determinação do território é uma condição importante para o acasalamento de muitas espécies. Esse fenômeno é considerado um tipo de competição intraespecífica.

Refletindo sobre o capítulo

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Em seu caderno, elabore um quadro resumo listando todas as relações ecológicas abordadas neste capítulo e associando sinais “+”, “–“ e “0” para cada par de organismos ou espécies par ticipantes, para casos de benefício, prejuízo ou neutralidade, respectivamente. Para isso, siga o modelo ao lado.

Relações intraespecíficas

Relações interespecíficas

Tipo

Organismo 1

Organismo 2

Sociedade

+

+

Tipo

Espécie 1

Espécie 2

Competição

B Retorne ao texto da página 198. Que tipo de relação ecológica é observado entre as espécies Escherichia coli e Shigella e entre Lactobacillus e outras bactérias da microbiota? Justifique. C Que tipo de relação ecológica abordado neste capítulo está mais diretamente relacionado com as cadeias e teias alimentares, abordadas no capítulo 11 deste volume? Justifique.

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Fabio Colombini

Mariposa Diatraea saccharalis. Sua larva é considerada a principal praga das culturas de cana-de-açúcar no Brasil. Atualmente o controle populacional desse inseto é feito por meio do uso de uma vespa, Trichogramma galloi, que oviposita nos ovos da mariposa, impedindo que suas larvas eclodam.

capítulo

Ecologia de populações

O uso indiscriminado de agrotóxicos está associado ao surgimento de algumas pragas agrícolas.* Isso porque muitos dos defensivos aplicados nas plantações, além de favorecer a seleção de indivíduos geneticamente resistentes, podem causar a morte de inúmeros predadores ou parasitas dessas espécies de pragas da agricultura. Dessa forma, na ausência desses inimigos naturais e sob condições adequadas de recursos, uma determinada espécie pode se multiplicar intensamente, resultando em superpopulações e inúmeros prejuízos ambientais e econômicos. O controle biológico é um meio natural de controlar o tamanho populacional de determinados seres vivos, sejam plantas ou animais, por meio do uso de seus inimigos naturais. As principais vantagens da utilização dessa técnica de controle populacional de pragas incluem alguns fatores, tais como: a especificidade, pois evita a morte de outros organismos que não são alvo; a redução ou substituição do uso de inseticidas; a diminuição dos custos de produção e dos riscos de contaminação do ambiente por agrotóxicos. Veja as respostas das questões C e D desta página nas Orientações para o professor.

A Quais são as possíveis vantagens do uso de inimigos naturais no controle de pragas agrícolas? B Quais são os possíveis inimigos naturais de uma espécie no ambiente? Como eles auxiliam no combate às pragas agrícolas? C No capítulo 12 deste volume, foi citado o caso do controle da superpopulação de coelhos na Austrália. Esse caso é considerado um exemplo de controle biológico? Por quê? D De que maneira uma determinada praga agrícola pode interferir no tamanho populacional de seus predadores e parasitas?

Ser vivo adulto Mariposa: pode atingir até 2 cm de envergadura.

*De acordo com a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), um inseto é considerado praga agrícola quando atinge determinado índice de dano econômico para a cultura plantada. A) Possíveis respostas: o uso desse tipo de técnica de controle populacional é mais específico, pois evita a morte de outros organismos além do organismo-alvo, reduz ou substitui a aplicação de agrotóxicos contra as pragas, diminui custos de produção e risco de contaminação do ambiente. B) Predadores e parasitas. Tanto a predação quanto o parasitismo podem reduzir o tamanho populacional de determinados organismos, considerados pragas agrícolas, ao causar sua morte direta ou indiretamente. Ecologia

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Estrutura e dinâmica de populações 1. Qual é a relação entre população, comunidade e ecossistema? O ecossistema é formado por diferentes comunidades, as quais são constituídas por diferentes populações.

População é qualquer grupo de organismos da mesma espécie que ocupa um determinado local em um determinado tempo. Mesmo que aparentemente comunidade e ecossistema não estejam sofrendo alterações, as populações são entidades em constante mudança, adaptando-se constantemente umas às outras e às alterações ambientais. A população apresenta diversas propriedades características, tais como: densidade, distribuição etária e espacial, potencial biótico, taxas de natalidade e mortalidade, tipo de crescimento, entre outras. Todas essas propriedades, que serão estudadas ao longo deste capítulo, interferem direta ou indiretamente no comportamento de uma população. O estudo das mudanças no número relativo de indivíduos nas populações e dos fatores que interferem nessas mudanças é chamado de dinâmica de populações. A estrutura populacional se refere à densidade e à distribuição etária e espacial de uma população.

Densidade A densidade (D) de uma população representa o número de indivíduos (n) de uma determinada espécie por unidade de área (A), no caso de organismos terrestres, ou volume (V), no caso de organismos aquáticos. D=

n n  ou D = A V

Distribuição espacial

Ilustrações produzidas com base em: RICKLEFS, R. E. A economia da natureza. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. p. 238.

A densidade não é suficiente para caracterizar o modo como uma espécie se encontra organizada no espaço, sendo necessário conhecer o seu padrão de distribuição espacial. Os indivíduos de uma população podem se distribuir no ambiente de diferentes formas. O modo como essa distribuição se apresenta é resultado de características do ambiente (como barreiras geográficas e disponibilidade de recursos), da presença de hábitats adequados e das interações entre os organismos (como a predação e a competição). As populações podem apresentar, basicamente, três tipos de padrões de distribuição espacial. Conheça-os a seguir.

Na distribuição regular ou homogênea, cada indivíduo mantém uma distância mínima dos demais componentes da população.

Na distribuição aleatória ou randômica, os indivíduos estão distribuídos sem qualquer dependência da distância dos demais indivíduos. O ambiente é considerado muito uniforme.

Ilustrações: Guilherme Casagrandi

Na distribuição agrupada ou agregada, tipo mais comum de distribuição espacial, os indivíduos formam grupos distintos, com número variado de componentes.

Representação do padrão de distribuição agrupada.

Representação do padrão de distribuição regular.

Representação do padrão de distribuição aleatória.

214

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Variação da densidade populacional *Estão inclusos os indivíduos nascidos, chocados, germinados ou surgidos por divisão celular. Unidade 3

O tamanho populacional, ou seja, o número de indivíduos de uma população, varia continuamente em decorrência da atuação de diferentes fatores, como natalidade, mortalidade, emigração e imigração. Esses fatores podem ser expressos por meio de taxas, ou seja, apresentar suas variações em uma determinada unidade de tempo. Veja-as a seguir.

Representação dos fatores que interferem na densidade populacional A

B

**Tanto a imigração quanto a emigração são respostas comuns às mudanças ambientais, pois visam aumentar a sobrevivência e a reprodução dos indivíduos ao se manterem em ambientes adequados.

Somma Studio

C

A

A taxa de natalidade expressa o número de indivíduos que nascem* por unidade de tempo em uma população, ou seja, a quantidade de indivíduos adicionados à população por meio da reprodução.

B

A taxa de imigração expressa o número de indivíduos provenientes de outras áreas, que entram na população por unidade de tempo.**

C

A taxa de emigração expressa o número de indivíduos que deixam a população, em direção a outra área, por unidade de tempo.

D

A taxa de mortalidade expressa o número de indivíduos que morrem por unidade de tempo em uma população.

D

Ilustrações produzidas com base em: Dinâmica de populações. Instituto de Biociências (USP). Disponível em: <http://www.ib.usp.br/ ecologia/dinamica_populacoes_print>. Acesso em: 26 maio 2016.

Assim, a densidade populacional pode aumentar por ação da natalidade (N) e da imigração (I) e diminuir por ação da mortalidade (M) e da emigração (E). A partir disso, para verificar se uma população está crescendo, reduzindo-se ou se mantendo estável, as seguintes associações podem ser feitas:

• Para N + I > M + E : a população está crescendo; • Para N + I < M + E : a população está diminuindo; • Para N + I = M + E : a população está estável, ou seja, não apresenta aumento nem redução de densidade.

A variação no número de indivíduos de uma população (∆n) em um determinado intervalo de tempo (∆t) reflete a taxa de crescimento (Tc) dessa população, expressa ∆n em número de indivíduos por unidade de tempo. Assim, Tc = , onde: ∆t

• •

2. O que é possível afirmar a respeito do número de indivíduos adicionados ou retirados de uma população em cada um dos itens apresentados ao lado?

Para N + I > M + E – o número de organismos que são adicionados à população supera o número de indivíduos que deixam essa ∆n = número final de indivíduos – número inicial de indivíduos; população; para N + I < M + E, o ∆t = tempo final – tempo inicial. número de organismos que são adicionados à população é inferior ao número de indivíduos que deixam essa população; para N + I = M + E, o número de organismos que são adicionados à população é igual ao número de Ecologia 215 indivíduos que deixam essa população.

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Potencial biótico e resistência ambiental

Crescimento populacional

Ilustrações produzidas com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 241, 244.

O potencial biótico ou potencial reprodutivo se refere à capacidade de crescimento de uma população sob condições ambientais ideais, ou seja, a reprodução máxima que uma população pode apresentar quando os recursos ambientais são ilimitados. A natalidade, assim como a mortalidade, sofre interferência da densidade populacional. Assim, à medida que novos indivíduos são adicionados à população, a taxa de natalidade se eleva, ou seja, o número de novos indivíduos adicionados por unidade de tempo aumenta. Dessa forma, todas as espécies apresentam potencial para um crescimento ilimitado. No entanto, na natureza nenhuma população natural pode aumentar seu tamanho indefinidamente, pois o ambiente impõe limitações ao seu crescimento.

O conjunto de fatores ambientais (bióticos e abióticos) que limitam o crescimento populacional é chamado resistência ambiental. Essa resistência impede que o potencial biótico de uma população seja efetivado e baseia-se no fato de que o ambiente não é capaz de sustentar um número ilimitado de organismos. Assim, a resistência amTempo biental e o potencial biótico determinam a capacidade de Representação gráfica do potencial biótico de uma suporte do ambiente, ou seja, o número máximo de indivíduos de uma determinada espécie. Na presença de população que pode ser sustentado pelo ambiente em um determinado espaço de área recursos ilimitados, a ou volume. Essa capacidade ambiental é determinada pela disponibilidade de recursos, população cresce indefinidamente no como alimentos, locais de nidificação e abrigos, e pela existência de doenças, de preambiente. dadores e, em alguns casos, de interações sociais.

Formas de crescimento populacional As populações apresentam padrões característicos de aumento, as chamadas formas de crescimento populacional. Existem basicamente duas formas de crescimento em uma população, o exponencial e o logístico ou sigmoide.

Nidificação: ato de nidificar, ou seja, construir ninhos.

O crescimento exponencial apresenta uma curva em J, a qual representa o crescimento de populações com pouca ou nenhuma restrição ambiental, pelo menos por certo tempo. No crescimento exponencial, há um rápido aumento no número de indivíduos ao longo do tempo. Após ultrapassar a capacidade de suporte do ambiente, a população inicia um rápido decréscimo populacional, chamado de colapso. A redução no número de indivíduos está associada à limitação imposta por um ou mais fatores ambientais que passaram a interferir negativamente no crescimento populacional.

Crescimento populacional

Ilustrações: Rafael Luís Gaion

colapso

fase de flutuação populacional

Tempo

216

capacidade de suporte do ambiente

O padrão de crescimento exponencial é passageiro e característico de algumas populações na natureza. Como exemplos disso, podemos citar as florações de algas* e de plantas anuais, além do crescimento das populações de espécies que povoam novos hábitats, ricos em recursos e desprovidos de interações negativas, como a predação e a competição. Nenhuma população real pode manter um crescimento exponencial por muito tempo, porque as limitações ambientais fazem a taxa de natalidade diminuir e a taxa de mortalidade aumentar.

Representação gráfica de crescimento exponencial (curva em J). A inclinação da curva está diretamente relacionada à densidade populacional. Assim, quanto maior o número de indivíduos em fase reprodutiva na população, mais inclinada é a curva.

*Comente com os alunos que as florações de algas se referem ao grande aumento das populações desses organismos autótrofos no ambiente aquático, geralmente causada por aumento na quantidade de nutrientes disponíveis no ambiente. Este assunto será abordado no capítulo 15 deste volume de 3 o ano.

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capacidade de suporte do ambiente

fase de flutuação populacional

Crescimento populacional

ponto de inflexão

Tempo Representação gráfica do potencial biótico (linha vermelha) e da curva de crescimento sigmoide (curva em S) – linha verde, de uma determinada espécie. A diferença entre o potencial biótico e a taxa de crescimento real de uma espécie é, frequentemente, adotada como uma medida da resistência ambiental (área em azul).

Matemática

Após completar seu crescimento, as populações com curvas em J e em S passam a apresentar um crescimento flutuante, próximo à capacidade de suporte do ambiente, que varia acima e abaixo dessa capacidade. Tais flutuações na densidade populacional ocorrem porque as populações estão sujeitas a várias formas de controle, como temperatura, chuva, disponibilidade de recursos, doenças, predação e competição.

Encontro com...

Unidade 3

O crescimento sigmoide apresenta uma curva em S, a qual representa o crescimento da maioria das espécies, cujas populações crescem com recursos limitados no ambiente. Assim, caracteriza-se por apresentar um crescimento inicial lento, seguido de um curto intervalo de tempo com elevado crescimento, resultante da influência da densidade na natalidade, da disponibilidade de recursos e da ausência de fatores limitantes atuan­tes. A fase de rápido crescimento atinge um limite, chamado ponto de inflexão, em que a taxa de crescimento é máxima e a partir do qual começa a desacelerar. Isso ocorre porque as interações entre os indivíduos e a redução na disponibilidade de recursos passam a limitar a taxa de natalidade e a aumentar a taxa de mortalidade. Já a fase seguinte apresenta um crescimento desacelerado pela resistência ambiental. Assim, no crescimen­ to sigmoide, o crescimento é retardado por efeitos dependentes de densidade.

Ilustração produzida com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 244.

Crescimento exponencial bacteriano O crescimento bacteriano se apresenta dividido, basicamente, em quatro fases, sendo uma delas exponencial.* Esta é observada após um curto período de baixa reprodução e estende-se até que os recursos necessários à reprodução se tornem escassos no ambiente. As bactérias se reproduzem por fissão binária, ou seja, uma célula-mãe dá origem a duas células-filhas. Dessa maneira, pode-se afirmar que o crescimento exponencial das bactérias obedece a uma progressão geométrica de razão 2, isto é, o tamanho da população bacteriana duplica a cada geração.

*Este conteúdo foi abordado no capítulo 2 do volume 2o ano desta coleção. Se necessário, retome-o com os alunos.

O quadro abaixo apresenta o número de células bacterianas ao longo de nove gerações. Cada uma dessas gerações ocorre a cada 20 minutos. Observe: Geração

Número de bactérias

Geração

Número de bactérias

1

1

6

32 (25)

2

2 (21)

7

64 (26)

3

4 (2 2)

8

128 (27 )

4

8 (23)

9

256 (28)

5

16 (24)

10

?

Crescimento exponencial bacteriano 4500 4000 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

3. No caderno, calcule o número de bactérias das gerações 10, 15 e 20.**

20

40

60

80 100 120 140 160 180 200 220 240 Tempo (minutos) Fonte: TORTORA, G. J. et al. Microbiologia. 8. ed. Porto Alegre: Artmed, 2005. p. 171.

3. Geração 10: 512 bactérias; geração 15: 16 384 bactérias; geração 20: 524 288 bactérias. **Para realizar essa atividade, se necessário, relembre com os alunos a fórmula da progressão geométrica. Veja essa fórmula e a resolução da atividade nas Orientações para o professor.

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Ilustrações: Rafael Luís Gaion

Número de indivíduos

3500

Ecologia

217

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Estrutura etária 4. Como as pirâmides etárias auxiliam na visualização do estado reprodutivo de uma população? 5. É possível que populações com a mesma taxa de natalidade e mortalidade apresentem taxas de crescimento diferentes? Justifique.

Acesse o site do IBGE a seguir e acompanhe as informações em tempo real do tamanho populacional do Brasil e a projeção da pirâmide etária dos diferentes estados brasileiros até o ano de 2030.*

As populações naturais são compostas de indivíduos pertencentes a diferentes grupos etários, ou seja, diferentes grupos de idade ou faixas etárias. A proporção de indivíduos em cada grupo etário de uma população determina sua estrutura etária, a qual pode ser expressa em três idades ecológicas: a pré-reprodutiva, que inclui os organismos que não são maduros o suficiente para se reproduzir; a reprodutiva, que inclui os organismos capazes de se reproduzir; e a pós-reprodutiva, que engloba os organismos que já passaram da idade de reprodução, sendo incapazes de gerar descendentes. A estrutura etária pode ser representada por meio de pirâmides etárias, as quais auxiliam na visualização do estado reprodutivo de uma população em determinado momento. Esses diagramas são formados por barras sobrepostas cujo comprimento representa o número de indivíduos em cada faixa etária. Tais informações, associadas às taxas de natalidade e de mortalidade, permitem, por exemplo, prever se a população irá aumentar ou diminuir. As pirâmides etárias podem, ainda, trazer informações a respeito da proporção de machos e fêmeas na população. 5. Sim. Isso pode

ocorrer se essas populações apresentarem estruturas etárias diferentes. Assim, a população que apresentar maior proporção de indivíduos em idade reprodutiva apresentará maior taxa de crescimento.

4. Ao informar se a população apresenta maior ou menor quantidade de indivíduos em idade reprodutiva e os pré e pós-reprodutivos, incapazes de gerar descendentes.

••http://tub.im/ag86z4.

Acesso em: 11 maio 2016. A

Pirâmides etárias da população brasileira A seguir, observe três pirâmides etárias da população brasileira, referentes aos anos de 2000, 2015 e 2030. Perceba, as variações na estrutura etária que ocorreram entre os anos de 2000 e 2015 e que são projetadas para 2030. homem

7. O que você conclui sobre a taxa de natalidade ao longo dos anos no Brasil? Justifique.

7,5%

5,0%

2,5%

mulheres

Faixa etária 90+ 85 - 89 80 - 84 75 - 79 70 - 74 65 - 69 60 - 64 55 - 59 50 - 54 45 - 49 40 - 44 35 - 39 30 - 34 25 - 29 20 - 24 15 - 19 10 - 14 5-9 0-4 0%

0%

2 000

2,5%

5,0%

homem

7,5%

7,5%

5,0%

2,5%

mulheres

Faixa etária 90+ 85 - 89 80 - 84 75 - 79 70 - 74 65 - 69 60 - 64 55 - 59 50 - 54 45 - 49 40 - 44 35 - 39 30 - 34 25 - 29 20 - 24 15 - 19 10 - 14 5-9 0-4 0%

0%

2 015

2,5%

5,0%

homem

7,5%

7,5%

5,0%

2,5%

mulheres

Faixa etária 90+ 85 - 89 80 - 84 75 - 79 70 - 74 65 - 69 60 - 64 55 - 59 50 - 54 45 - 49 40 - 44 35 - 39 30 - 34 25 - 29 20 - 24 15 - 19 10 - 14 5-9 0-4 0%

Ilustrações: Rafael Luís Gaion

Encontro com...

Geografia

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

8. O que se pode afirmar a respeito da projeção etária para o Brasil em 2030?

C

Representação de pirâmides etárias com diferentes proporções de idades ecológicas e gêneros. As idades pré-reprodutiva, reprodutiva e pós-reprodutiva estão representadas por cores diferentes, da base para o ápice das pirâmides, respectivamente. De maneira geral, uma população que apresenta predomínio de indivíduos jovens ( A ) encontra-se em crescimento; já uma população que apresenta quantidade similar dos diferentes grupos etários ( B ) se encontra estável; e, por fim, a população com baixa proporção de indivíduos jovens em relação às demais faixas etárias ( C ) está em declínio.

Ilustrações produzidas com base em: ODUM, E. P.; BARRETT, G. W. Fundamentos de Ecologia. 5. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 234.

6. Que alterações ocorreram na estrutura etária da população brasileira entre os anos de 2000 e 2015?

B

0%

2 030**

2,5%

5,0%

7,5%

**Projeção

Fonte: IBGE. Projeção da população do Brasil e das Unidades da Federação. 2016. Disponível em: <www.ibge. gov.br/apps/populacao/projecao/index.html>. Acesso em: 5 maio 2016.

*Veja orientações para explorar os recursos dessa página do IBGE nas Orientações para o professor.

218

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Fatores reguladores do tamanho populacional

Unidade 3

O crescimento flutuante das populações pode ser resultado da atuação de fatores bióticos ou abióticos, bem como dependentes de densidade ou não. Os dependentes de densidade são considerados os principais reguladores das populações e seu efeito é geralmente intensificado com o aumento da densidade populacional. A competição, a predação e o parasitismo são alguns dos principais fatores bióticos dependentes de densidade que regulam o tamanho das populações, uma vez que interferem diretamente, por exemplo, nas taxas de natalidade e mortalidade.

Competição À medida que a população cresce, a demanda por recursos também aumenta. Assim, a competição intraespecífica é intensificada. No caso dos consumidores, o crescimento populacional pode ser limitado pela redução na disponibilidade não só de alimento, mas também de abrigo, de acesso aos melhores hábitats, entre outros recursos. Para um indivíduo, quanto maior a energia gasta para adquirir um recurso, menor será a energia disponível para seu crescimento e reprodução.

Predação

9. Cite um fator abiótico que pode regular o tamanho de uma população. Possíveis respostas: clima, poluição, pH, salinidade, temperatura, pluviosidade, entre outros.

No caso específico da lebre e do lince, embora ocorra a regulação presa-predador, estudos recentes apontam que o controle da população de lebres pode ter sido realizado não apenas pelo predador, mas também pela disponibilidade de alimentos.

Parasitismo A sobrevivência e a reprodução do parasita estão intimamente relacionadas com o hospedeiro. Geralmente, o aumento populacional de hospedeiros se relaciona ao aumento no tamanho populacional de parasita, uma vez que mais hospedeiros representam mais recursos e condições adequadas à sobrevivência e ao crescimento dos parasitas, bem como maior probabilidade de o parasita encontrar um novo hospedeiro e reproduzir-se. A redução na população de hospedeiros, por sua vez, leva a população de parasitas ao colapso, permitindo, momentaneamente, que a população de hospedeiros volte a aumentar.

População de linces (em milhares)

População de lebres (em milhares)

Variação de tamanho populacional A predação pode atuar como regulador de linces e de lebres americanas populacional tanto de presas quanto de predadores. No exemplo ao lado, o lince População de lebres americanas 160 (Felis lynx), que atua como predador, ao População de linces se alimentar, reduz o tamanho da popula120 9 ção das presas, no caso, a lebre (Lepus americanus). Estas, por sua vez, se tor80 6 nam menos disponíveis aos seus consu40 midores. Nesse sentido, a redução ou a 3 falta de recurso alimentar interfere negati0 0 vamente na sobrevivência e na reprodução 1850 1875 1900 1925 dos predadores. Como consequência, a Tempo (anos) população de predadores reduz e permite Fonte: Citado por ODUM, E. P.; o restabelecimento da população de presas que, sem a pressão da predação, aumenta o BARRET, G. W. Fundamentos de Ecologia. São Paulo: Cengage número de indivíduos no ambiente. Por fim, a abundância de alimento atrai os predadores Learning, 2008. p. 248. e reinicia o ciclo de predação e flutuação populacional de presa e predador. 10. O que é possível afirmar sobre a resistência ambiental imposta às lebres em relação à flutuação na abundância de predadores?

10. O pico de abundância dos predadores representa maior resistência ambiental às lebres, uma vez que esse estado dificulta e reduz o crescimento populacional das lebres. Já a baixa abundância de predadores reduz a resistência ambiental ao crescimento da população de lebres, por reduzir a pressão de predação.

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Rafael Luís Gaion

A competição interespecífica também atua como efeito regulador, porém esse tipo de interação pode resultar na exclusão de uma das espécies do hábitat, como visto no capítulo anterior. A competição interespecífica pode regular o tamanho de ambas as populações envolvidas. Assim, quanto mais intensa a competição, maior será o efeito regulador sobre as populações.

Ecologia

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Sucessão ecológica

Henning Dalhoff/SPL/Latinstock

11. Quais são as principais diferenças entre as duas imagens ao lado? Resposta pessoal. Entre as diferenças, podem ser citadas a ausência de seres vivos e as condições abióticas extremas representadas na primeira imagem.

imageBROKER/Alamy Stock Photo/Latinstock

As imagens abaixo representam diferentes momentos da superfície terrestre. Observe-as.

Representação da Terra primitiva.

Parque Nacional Krka, na Croácia, em 2014.

Para a superfície terrestre adquirir a aparência atual, foram necessárias diversas mudanças, que transformaram as condições ambientais ao longo do tempo e permitiram o estabelecimento de diferentes seres vivos. Estes apresentam nichos ecológicos específicos e são capazes de modificar o ambiente ao seu redor, favorecendo o estabelecimento de outros seres vivos. Nesse sentido, a sucessão ecológica é a substituição sequencial de espécies das comunidades de um determinado local, visando à formação de uma comunidade relativamente estável, ou seja, madura. A sucessão ecológica é considerada um processo natural da dinâmica das comunidades ecológicas, em que a substituição sequencial de seres vivos ocorre porque, ao alterar o ambiente em que se encontra, uma determinada espécie cria condições para a instalação de outras espécies, com exigências ambientais diferentes da anterior. Assim, as diferentes espécies envolvidas na sucessão ecológica podem ser agrupadas, basicamente, em três tipos de comunidades, caracterizadas por exigências específicas e diferentes estratégias de crescimento e reprodução. As comunidades pioneiras estão envolvidas nos estágios iniciais da sucessão ecológica, ou seja, são as que primeiro colonizam uma determinada área. Tais espécies são consideradas tolerantes a condições adversas, como baixa umidade, alta incidência de luz solar, temperaturas elevadas, entre outras. Além disso, as espécies pioneiras geralmente apresentam crescimento rápido, tamanho reduzido, tempo de vida curto e produzem um grande número de sementes de fácil dispersão. As alterações ambientais promovidas por esse tipo de comunidade incluem a adição de matéria orgânica, alteração dos níveis de umidade, temperatura e sombreamento, por exemplo, que permitem a fixação de plantas menos tolerantes a condições adversas. A comunidade clímax corresponde ao estágio terminal ou de maturidade de uma comunidade, que persiste no ambiente até que seja afetada por uma grande perturbação, como queimada e desmatamento. É considerada a mais estável das comunidades sucessionais, porém não é imutável. Isso significa que, embora menos intensas que nas comunidades anteriores, a comunidade clímax pode continuar sofrendo alterações, provocadas pelos fatores externos ou fruto da dinâmica natural dos ecossistemas. De modo geral, esse tipo de comunidade inclui espécies que crescem mais lentamente e produzem menor quantidade de sementes, as quais possuem menor capacidade de dispersão, porém maior quantidade de nutrientes, favorecendo sua germinação em um ambiente altamente competitivo. As comunidades intermediárias substituem as comunidades pioneiras e precedem o estabelecimento da comunidade clímax. Assim, as espécies que compõem uma comunidade intermediária possuem características intermediárias, sendo consideradas menos tolerantes a condições adversas, quando comparadas às pioneiras, porém não são tão exigentes quanto às espécies da comunidade clímax, no que diz respeito às condições necessárias para que elas se estabeleçam e sobrevivam no ambiente.

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A sequência de estágios sucessionais de um determinado local conduzindo a uma comunidade clímax madura é chamada de sere e os ecólogos costumam diferenciar dois tipos de sucessão ecológica, de acordo com as características iniciais no ambiente. A sucessão ecológica primária é aquela que se inicia em locais nunca antes ocupados por seres vivos, ou seja, hábitats recém-formados, como rochas expostas, dunas de areia, magma solidificado, áreas expostas após recuo de geleiras, entre outros. Esse tipo de sucessão, considerado mais longo que a secundária, pode levar milhões de anos até alcançar a comunidade clímax.

*A comunidade clímax não se refere apenas a um ambiente de floresta. Qualquer outro ambiente que se apresente estável é considerado uma comunidade clímax.

Unidade 3

Tipos de sucessão ecológica

Representação de sucessão ecológica primária

Luciane Mori

A superfície rochosa é inicialmente ocupada por organismos pioneiros como liquens, fungos e microrganismos. Esses seres vivos podem produzir ácidos que degradam as rochas e auxiliam na formação do solo. A morte e a decomposição desses microrganismos disponibilizam matéria orgânica no solo, permitindo o crescimento de gramíneas e de vegetação rasteira. O progressivo aumento na umidade do ambiente e na fertilidade do solo, por exemplo, contribui para o estabelecimento de arbustos, árvores esparsas e, por fim, árvores de grande porte na comunidade clímax.*

tempo

A sucessão ecológica secundária ocorre em locais anteriormente ocupados por seres vivos e que passaram por uma grande perturbação, como uma área desmatada ou queimada, um campo de cultivo abandonado, entre outros. Nesse tipo de sucessão, o solo já está formado e, às vezes, sementes e brotos estão presentes no local ou podem ser trazidos de plantas próximas, reduzindo o tempo necessário para se formar a comunidade clímax, quando comparado à sucessão primária.

Ilustrações produzidas com base em: MILLER, G. T. Ciência ambiental. 11. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 127, 128.

Representação de sucessão ecológica secundária

Luciane Mori

O solo previamente formado é inicialmente ocupado por gramíneas, organismos pioneiros que tornam o ambiente adequado ao estabelecimento de seres vivos mais exigentes, como arbustos e pequenas árvores. Por fim, o aumento da umidade, a fertilidade do solo, a redução da temperatura, entre outras propriedades, permitem o estabelecimento de árvores de grande porte. tempo

Ecologia

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221

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*Esse assunto foi abordado no capítulo 11 deste volume. Se necessário, retome-o com os alunos. **O padrão de diversidade varia entre os diferentes seres. Geralmente, as comunidades clímax apresentam redução na diversidade de espécies em razão do aumento da competição. No entanto, estruturas complexas com nichos variados podem favorecer o aumento da diversidade em algumas comunidades maduras. Veja informações sobre a estratificação vertical na página 224 deste capítulo.

Geralmente, a sucessão ecológica obedece a uma sequência característica e direcional. No entanto, durante as sucessões primária ou secundária, é possível que perturbações, como desmatamento e incêndios naturais ou causados pelo ser humano, atuem sobre a comunidade em transformação, fazendo que um estágio específico de sucessão retorne a estágios anteriores, retardando, assim, a formação da comunidade clímax. Embora a sucessão ecológica seja associada frequentemente ao ambiente terrestre e aos vegetais, ela também ocorre em ambiente aquático e envolve os animais. Assim, a fauna acompanha as alterações da flora de um determinado estágio de sucessão, em que não atuam apenas como agentes passivos, mas também auxiliam nesse processo ao dispersar sementes e ao atuar como predadores ou parasitas, por exemplo, controlando as populações. À medida que a sucessão ecológica avança da comunidade pioneira em direção à comunidade clímax, uma série de alterações são observadas no que diz respeito ao fluxo de energia, à estrutura da comunidade e aos ciclos biogeoquímicos, por exemplo. Veja abaixo.

A razão entre produção líquida (P) e respiração (R) varia ao longo da sucessão ecológica, mas tende ao valor 1 na comunidade clímax. Portanto, esse valor pode ser considerado um índice de maturidade da comunidade: quanto mais próximo de 1, mais madura é a comunidade.

••Há progressivo aumento da respiração e redução da produção líquida;* ••As cadeias alimentares se tornam mais complexas; ••A baixa diversidade de espécies nas comunidades pioneiras é seguida

por um aumento progressivo de diversidade ao longo da sucessão. Esse aumento pode continuar ao longo do processo sucessional ou atingir seu ápice nas comunidades intermediárias, seguido por manutenção ou redução na comunidade clímax;**

••Aumento progressivo de acúmulo de biomassa; ••Os ciclos de vida dos seres vivos da comunidade extensos e especializados;

••A

capacidade competitiva aumenta em oposição à redução na capacidade de adaptação a condições adversas;

••A velocidade com que as espécies são substituídas diminui à medida que a sucessão ecológica avança, uma vez que comunidades maduras são formadas por indivíduos com crescimento mais lento.

Solo A

Ecótono

Solo B

Carvalho-negro Íris Festuca Carvalho-vivo-do-cânion Erva-de-santiago

Nível do elemento no solo (ppm)

Rafael Luís Gaion

Erva-de-incêndio

Ferro

Cobre Cálcio Cromo Magnésio Níquel Ilustração produzida com base em: RICKLEFS, R. E. A economia da natureza. 5. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. p. 373.

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se tornam mais complexos,

Ecótono Os ecótonos ou ecótones são regiões de transição entre duas ou mais comunidades diferentes, onde muitas espécies atingem seu limite de distribuição. Tais regiões de transição abrigam comunidades compostas por muitos dos organismos encontrados nas comunidades adjacentes, somado às espécies únicas e características do ecótono. Observe o exemplo ao lado. As espécies restritas aos ecótonos podem apresentar exigências inexistentes em uma única comunidade, como é o caso do tordo-americano (Turdus migratorius). Essa ave necessita de árvores para nidificação e áreas abertas cobertas de gramíneas para sua alimentação, ou seja, faz uso de duas comunidades, a floresta e o campo, por exemplo. Por isso, frequentemente, os ecótonos apresentam número e densidade de organismos maiores que o número e a densidade das comunidades ao redor. Representação da distribuição de algumas espécies de plantas em dois tipos de solo (A e B) e um ecótono, nos *** Estados Unidos, os quais variam quanto à concentração (ppm) de elementos no solo. Notar a diferença de distribuição das espécies de acordo com as características do solo.

***ppm é a sigla para “partes por milhão”. No caso da representação gráfica dessa página, esta unidade indica a quantidade, em gramas (g), de determinado elemento químico (ferro, cobre, cálcio, cromo, magnésio e níquel) a cada 1 000 000 gramas de solo.

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Biologia e Ambiente

Sucessão ecológica e reflorestamento

Unidade 3

A interferência humana nas comunidades clímax causa perturbações, as quais podem resultar em desequilíbrios e retrocessos a estágios anteriores de sucessão ecológica. Um exemplo são as áreas de reflorestamento, ou seja, locais onde a floresta original foi retirada e encontra-se em processo de sucessão ecológica secundária. O reflorestamento de uma área é feito por meio do plantio de árvores com o objetivo de reduzir os impactos provocados pelo desmatamento, no caso do reflorestamento ecológico, e também de fornecer matéria-prima para a indústria madeireira, no caso do reflorestamento comercial. Fernando Bueno/Tyba

Em reflorestamentos comerciais, são plantadas espécies de crescimento rápido, tais como pínus e eucalipto, pois fornecem matéria-prima em curto espaço de tempo. Além da importância comercial, esse tipo de reflorestamento evita que novas áreas de comunidades nativas em estágio clímax sejam perturbadas para serem usadas na indústria de papel e móveis, por exemplo. Segundo o IBGE, até o ano de 2014, mais de nove milhões de hectares do território brasileiro foram destinados ao reflorestamento comercial. Já os reflorestamentos ecológicos têm como objetivo a restauração de ambientes degradados, como florestas desmatadas, campos de agricultura abandonados e matas ciliares alteradas. Por serem áreas abertas e degradadas, geralmente possuem grande exposição à luz e à temperatura, bem como solo pobre em nutrientes. Assim, para estabelecer uma área de reflorestamento ecológico, é necessário escolher corretamente não só o número de espécies pioneiras mais adequadas àquela determinada área, mas também o estágio de desenvolvimento das mudas a serem plantadas. Dessa forma, as áreas menos degradadas necessitam de mais espécies e mudas menores. Já as áreas mais degradadas necessitam de menos espécies e mudas maiores, pois estas são mais aptas a suportar condições mais hostis.

Área de reflorestamento comercial usando o eucalipto em Cambará do Sul, Rio Grande do Sul, em 2015.

Para garantir o sucesso dos reflorestamentos ecológicos, a maioria das ações antrópicas devem ser evitadas durante todo o progresso da sucessão ecológica.* Um exemplo bem-sucedido de reflorestamento ecológico é a Floresta da Tijuca, na cidade do Rio de Janeiro. Durante o século XIX, o intenso desmatamento da floresta para moradia e plantação de café levou à secagem dos rios que supriam a cidade. Para tentar resolver a situação, foram plantadas muitas árvores de variadas espécies e conservadas as que ainda não haviam sido desmatadas. Hoje, 150 anos mais tarde, é notável que a sucessão ecológica restabeleceu a Floresta da Tijuca, que pode novamente se tornar uma comunidade clímax nos próximos anos.

Ricardo Azoury/Pulsar

Geralmente, as comunidades pioneiras são vistas como matagais e tendem a ser eliminadas pelo fogo ou pela roçagem. A retirada dessa vegetação interrompe a sucessão ecológica, que regredirá a estágios anteriores, tornando a restauração do ambiente mais lenta e difícil.

Floresta da Tijuca, Rio de Janeiro, em 2016.

*As áreas de reflorestamento ecológico devem ser constantemente monitoradas e, em alguns casos, atividades antrópicas como a roçagem de gramíneas invasoras devem ocorrer nessas áreas até o momento em que elas estejam aptas para dar continuidade à sucessão ecológica natural.

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Ecologia

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Ecologia da restauração

Ser vivo adulto Anta: pode atingir cerca de 2,1 m de comprimento. Cuíca-lanosa: pode atingir de 41 cm a 67,5 cm de comprimento. Harpia: pode atingir de 89 cm a 1,05 m de comprimento. Macuco: pode atingir até 48 cm de comprimento. Tucano-toco: pode atingir até 56 cm de comprimento.

Geralmente, os ambientes que sofrem perturbações naturais, como incêndios periódicos, alagamentos e tempestades, são restaurados naturalmente pela sucessão ecológica que atua na recomposição de ecossistemas. No entanto, os ambientes que sofrem intensas perturbações por longo período de tempo se tornam tão empobrecidos que são incapazes de se recuperar naturalmente e, portanto, a sucessão ecológica é incapaz de restabelecer a estrutura original, mesmo depois de cessadas as perturbações. Esses ambientes incapazes de autorrecuperação são alvo de ações restauradoras que visam restabelecer não apenas a estrutura do ecossistema, mas principalmente sua função no ambiente. Nesse sentido, os conhecimentos ecológicos são utilizados para alterar intencionalmente e de modo controlado um ecossistema degradado, visando incentivar a sua reestruturação e funcionalidade, por meio do restabelecimento da diversidade biológica, das interações entre os seres vivos e destes com o ambiente e, principalmente, de seu papel de acúmulo de biomassa e ciclagem de nutrientes.

Ilustração produzida com base em: MILLER, G. T. Ciência ambiental. 11. ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. p. 97.

5

Se considerar interessante, identifique os animais do esquema ao lado para os alunos: macuco 1 , anta 2 , cuíca-lanosa 3 , tucano-toco 4 e harpia 5 .

Representação da estratificação vertical de uma Floresta Tropical Pluvial.* Cada um dos estratos verticais apresenta uma fauna característica associada. Em ordem crescente de altura, esse tipo de comunidade clímax permite a diferenciação das seguintes camadas: o chão da floresta, o sub-bosque, o sub-dossel, o dossel ou canópia e a camada emergente.

*Esse tipo de bioma será abordado com detalhes no capítulo 14 deste volume. **Toda comunidade clímax apresenta estratificação vertical. No entanto, a quantidade de camadas varia, sendo a Floresta Tropical Pluvial a que apresenta o maior número de estratos. Microclima: variações climáticas (temperatura, umidade, velocidade dos ventos, luminosidade) em pequena escala, ou seja, em locais específicos.

4

3

2 1

Fotomontagem de Somma Studio formada pelas imagens Zig Koch/Natureza Brasileira, Roland Seitre/naturepl.com/ Easypix, Luiz Antonio da Silva e Vladimir Wrangel/Shutterstock.com

Estratificação vertical

Apesar de algumas comunidades clímax apresentarem a redução na diversidade de espécies, quando comparadas com comunidades anteriores, algumas comunidades maduras, como as florestas na região dos trópicos, são caracterizadas pela elevada diversidade de espécies, resultado da estrutura complexa desses ambientes que permite a diferenciação de camadas verticais. Essas camadas, com características bióti** cas e abióticas específicas, representam diferentes nichos ecológicos verticais. A estratificação vertical permite a coexistência de uma grande variedade de espécies nessas comunidades, uma vez que, ao permitir a formação de diferentes nichos ecológicos verticais, as espécies evitam ou minimizam a competição por recursos. Assim, cada estrato é caracterizado por um tipo específico de microclima e um grupo de espécies de plantas, o qual interfere diretamente na distribuição de animais ao longo do ambiente.

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

a ) Densidade populacional.

I ) Número de indivíduos que morrem por unidade de tempo em uma população.

b ) Taxa de natalidade.

II ) Número de indivíduos de determinada espécie por unidade de área ou volume.

c ) Taxa de mortalidade.

I II ) Chegada de novos indivíduos a uma população.

d ) Emigração.

I V ) Número de indivíduos que nascem por unidade de tempo em uma população.

e ) Imigração.

V ) Partida de indivíduos de uma população.

Unidade 3

1. Relacione o termo da coluna da esquerda à sua respectiva definição na coluna da direita.

2. Observe esta informação: “Para um número fixo de indivíduos, quanto maior é a área ocupada, maior é a densidade de uma população”. Ela está correta? Justifique sua resposta.

3. O que a pirâmide etária reflete sobre uma população? 4. Diferencie potencial biótico, resistência ambiental e capacidade de suporte do ambiente. Em seguida, explique como esses fatores interferem no crescimento populacional de uma curva em S.

5. Qual é a importância da resistência ambiental? 6. O que são fatores reguladores de tamanho populacional? Cite alguns exemplos. às questões propostas. a ) O tipo de sucessão ecológica será o mesmo em ambos os ambientes? Justifique. b ) Qual é a principal diferença entre a sucessão ecológica primária e a secundária? c ) Explique a importância da sucessão ecológica para o ambiente.

Dunas no Parque Nacional dos Lençóis Maranhenses, Maranhão, em 2015.

Marcos Amend/Pulsar

Thomas Campos/Shutterstock.com

7. Observe as fotografias ao lado e responda

Vegetação nativa queimada na margem do rio Branco, em Caracaraí, Roraima, em 2016.

d ) Que características ambientais, possivelmente, serão alteradas ao longo da sucessão ecológica nesses ambientes? e ) Que característica de algumas comunidades clímax, como a floresta pluvial tropical, está diretamente relacionada à elevada diversidade de espécies? Justifique.

8. (UEM-PR) Em uma área de preservação ambiental, pesquisadores estudaram uma população de macacos-prego. A área em questão é de 84 ha (1 ha = 10 000 m 2). Considerando o tamanho inicial da população como 750 indivíduos (no início de 2006) e os dados de cinco anos que estão registrados na tabela ao lado, é correto afirmar que

Ano

Determinantes populacionais

2006

2007

2008

2009

Natalidade

200

250

320

450

510

Mortalidade

70

93

57

108

122

Imigração

7

28

65

70

48

Emigração

10

15

32

83

139

2010

0 1 ) em condições naturais, o potencial biótico é limitado pela resistência do meio. 02 ) emigração é a entrada de novos indivíduos na população. 04 ) a densidade da população, no final do ano de 2010, foi de, aproximadamente, 23,44 macacos-prego/ha. 08 ) o tamanho da população, no final do ano de 2010, foi de 1969 macacos-prego. 16 ) no final do ano de 2008, já houve um aumento de 100% da população de macacos-prego. Ecologia

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9. (Enem) O crescimento da população de uma praga agrícola está representado em função do tempo, no gráfico abaixo, onde a densidade populacional superior a P causa prejuízo à lavoura. No momento apontado pela seta 1, um agricultor introduziu uma espécie de inseto que é inimigo natural da praga, na tentativa de controlá-la biologicamente.

Rafael Luís Gaion

Densidade populacional da praga P

1

Tempo

2

No momento indicado pela seta 2, o agricultor aplicou grande quantidade de inseticida, na tentativa de eliminar totalmente a praga. A análise do gráfico permite concluir que

a ) se o inseticida tivesse sido usado no momento marcado pela seta 1, a praga teria sido controlada definitivamente, sem necessidade de um tratamento posterior. b ) se não tivesse sido usado o inseticida no momento marcado pela seta 2, a população de praga continuaria aumentando rapidamente e causaria grandes danos à lavoura. c ) o uso do inseticida tornou-se necessário, uma vez que o controle biológico aplicado no momento 1 não resultou na diminuição da densidade da população da praga. d ) o inseticida atacou tanto as pragas quanto os seus predadores; entretanto, a população de pragas recuperou-se mais rápido voltando a causar dano à lavoura. e ) o controle de pragas por meio do uso de inseticidas é muito mais eficaz que o controle biológico, pois os seus efeitos são muito mais rápidos e têm maior durabilidade.

10. (Fuvest-SP) Em 1910, cerca de 50 indivíduos de uma espécie de mamíferos foram introduzidos numa determinada região. O gráfico abaixo mostra quantos indivíduos dessa população foram registrados a cada ano, desde 1910 até 1950. Esse gráfico mostra que, a ) desde 1910 até 1940, a taxa de natalidade superou a de mortalidade em todos os anos.

Números de indivíduos

Rafael Luís Gaion

2000

b ) a partir de 1938, a queda do número de indivíduos foi devida à emigração.

1500

1000

c ) no período de 1920 a 1930, o número de nascimentos mais o de imigrantes foi equivalente ao número de mortes mais o de emigrantes.

500

d ) no período de 1935 a 1940, o número de nascimentos mais o de imigrantes superou o número de mortes mais o de emigrantes.

0

1910

Fonte: BSCS Biology – An ecological aproach. Kendal/ Hunt Pub.Co. 5.th, 2006. Adaptado.

1920

1930

1940

Ano

1950

e ) no período de 1910 a 1950, o número de nascimentos mais o de imigrantes superou o número de mortes mais o de emigrantes.

11. (Udesc-SC) Analise o organograma que representa algumas fases de uma sucessão ecológica em um determinado bioma. Substrato inicial

A

B

C

Estabelecimento de organismos

Novos organismos se estabelecem

Estabilização do meio e da comunidade

Em relação à sucessão ecológica, pode-se afirmar: a ) Os organismos pioneiros, geralmente, não alteram as condições originais do local onde se instalam. b ) Os organismos presentes nas fases A e C fazem parte das chamadas comunidades clímax. c ) Em B tem-se as chamadas espécies pioneiras, como, por exemplo, as plantas arbustivas. d ) Com o passar do tempo, a complexidade estrutural e funcional do ecossistema tende a aumentar. e ) Se o substrato inicial for uma região que já foi anteriormente ocupada por uma comunidade, tem-se a chamada sucessão ecológica primária.

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12. (UEM-PR) Sobre o processo de sucessão ecológica, é correto afirmar que 01 ) a produtividade primária líquida, que é alta nas fases iniciais da sucessão, diminui à medida que o clímax vai sendo atingido. 02 ) não há modificações do ambiente durante o processo de sucessão, embora ocorram modificações nas espécies.

Unidade 3

04 ) cada comunidade que vai surgindo durante a sucessão recebe o nome de estágio seral, tornando-se mais complexa com o surgimento de novos nichos ecológicos. 08 ) ocorrerá o processo de sucessão primária em uma área de cultura abandonada. 16 ) a biomassa total aumenta ao longo da sucessão e se estabiliza quando o clímax é atingido.

13. (UFF-RJ) Um aluno ao fazer uma pesquisa verificou que uma fêmea de mosca é capaz de pôr em média cento e vinte ovos. Ele considerou que, se metade desses ovos desse origem a fêmeas e que, se cada uma delas colocasse também cento e vinte ovos, após sete gerações, o número calculado de moscas seria próximo de seis trilhões. Na verdade, isso não acontece, pois a densidade populacional depende de alguns fatores. Um fator que NÃO é determinante para a densidade populacional é a a ) imigração.

b ) mortalidade.

d ) natalidade.

e ) sucessão ecológica.

14. (UEM-PR) Um pesquisador realizou, por sete anos, um estudo sobre o crescimento de duas populações de insetos que ocupavam o mesmo hábitat, mas com nichos ecológicos diferentes. Na tabela ao lado, apresentam-se os dados obtidos ao final de cada ano. Com base nesses dados e nos conceitos de Ecologia, pode-se afirmar que 01 ) o número de insetos da população A no período estudado cresceu de forma exponencial. 02 ) a média de crescimento da população A no período de 2004 a 2008 foi maior que a média da população B para o mesmo período.

c ) emigração.

Número de indivíduos

Período (Ano)

População A

População B

2004

270

270

2005

300

320

2006

330

360

2007

360

380

2008

390

390

2009

420

400

2010

450

370

04 ) o aumento da população A e a diminuição da população B estão relacionados ao fato de ambos estarem competindo pelo mesmo alimento. 08 ) as taxas de natalidade e de imigração para a população B no período de 2008 a 2010 foram menores que as taxas de mortalidade e de emigração. 16 ) a resistência ambiental sofrida pela população A no ano de 2009 foi menor quando comparada com a da população B, para o mesmo período.

Refletindo sobre o capítulo Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Que exemplo citado no capítulo 12 deste volume pode ser associado ao tema controle biológico, tratado na abertura deste capítulo? Explique. B Retorne às respostas das questões b e d da página 213 e corrija-as ou complemente-as, se necessário. C Sobre a dinâmica da população humana, responda às questões a seguir.

• Pode-se afirmar que a Terra também apresenta uma capacidade de suporte para a espécie humana? Justifique.

• O desenvolvimento de técnicas que resultaram no aumento da produção de alimentos pode ser considerado um evento que modificou a capacidade de suporte da Terra? Justifique.

• Pode-se afirmar que os avanços da Medicina interferiram na regulação do tamanho populacional por parasitismo? Justifique.

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Explorando o tema

O ser humano e a extinção dos grandes mamíferos

Gary Hincks/SPL/Latinstock

*Informe aos alunos que, há cerca de 20 mil anos, o volume dos oceanos era menor, permitindo que o estreito de Bering atuasse como uma ponte natural entre os dois continentes.

Oceano Ártico

Alasca Sibéria

Estreito de Bering

Oceano Pacífico

Os seres humanos provavelmente chegaram à América do Norte pelo Estreito de Bering, região localizada entre a Sibéria e o Alasca.*

A presença humana no planeta Terra tem influenciado a composição das populações animais, causando até mesmo a extinção de algumas espécies. A dispersão dos povos humanos pela América do Norte ocorreu há mais de 12 mil anos, durante o Pleistoceno, e contribuiu para a extinção de grandes mamíferos locais. Embora as mudanças climáticas sejam tratadas como fator decisivo para o desaparecimento dos grandes animais, a ação humana pode ter contribuído ativamente para a extinção de algumas espécies, como bisões, cavalos selvagens e preguiças-gigantes. Estes, juntamente a outras grandes espécies de répteis e aves, faziam parte da chamada megafauna.

Representação de Diprotodon optatum, extinto há cerca de 25 mil anos. Essa espécie podia atingir 4 m de comprimento.

Séc. XX. Diorama. Museu Real de Alberta, Edmonton (Canadá). Foto: John Elk III/Alamy Stock Photo/Latinstock

A maioria das espécies extintas era composta de indivíduos de grande porte, pois provavelmente eram mais vantajosos para a alimentação dos seres humanos caçadores. Além da caça, o uso do fogo como arma contra os animais e para promover incêndios no ambiente também contribuiu para a extinção da megafauna.

Representação artística tridimensional de bisão sendo caçado, em uma obra exposta em 2010 no Museu Real Edmonton, no Canadá.

Apesar de as causas da extinção da megafauna ainda estarem em discussão, muitas evidências e teorias apontam para a interferência humana como um dos principais fatores responsáveis por esse evento.

Os seres humanos perseguiam e caçavam excessivamente os grandes mamíferos herbívoros para se alimentar. Evidências arqueológicas sustentam essa ideia, tais como as pontas de lanças fincadas entre as costelas de uma espécie extinta de bisão, o Bison antiquus, que foram encontradas nos sítios arqueológicos em Folsom, localizados no Novo México, Estados Unidos.

c. 8000 a.C. 4,5 cm. Maxwell Museu de Antropologia, Albuquerque (EUA). Foto: Werner Forman Archive/Getty Images

Philip Hood. Séc. XX. Ilustração. Coleção particular. Foto: Universal Images Group North America LLC/DeAgostini/Alamy Stock Photo/Latinstock

Extinções em massa ocorrem quando uma gran­d e quantidade de espécies desaparece, geralmente, como consequência de alterações bruscas no ambiente. Entretanto, esse padrão de extinção se modificou conforme os seres humanos foram conquistando as diversas regiões do planeta. Os primeiros registros da extinção de vertebrados datam de 50 mil anos atrás, na Austrália. Diversas espécies da megafauna australiana, como o marsupial Diprotodon optatum, foram extintas com a chegada dos primeiros seres humanos, por meio da caça e das alterações no hábitat das espécies.

Ponta de lança de aproximadamente 10 000 anos descoberta em Folsom, Estados Unidos.

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Um exemplo da correspondência temporal entre o início da ocupação humana e a extinção dos grandes mamíferos é a distribuição da preguiça-gigante (Nothrotheriops shastensis). Registros fósseis das fezes dessa espécie mostram que ela viveu até 11 mil anos atrás, coincidindo com a época em que os seres humanos se dispersaram pela América do Norte. Após esse período, não há mais registros dessa espécie, o que pode indicar que uma das causas da sua extinção tenha sido a caça.

Unidade 3

Séc. XX. Ilustração. Museu de História Natural, Londres (Inglaterra). Foto: Natural History Museum, London/SPL/Latinstock

O número de extinções da última glaciação foi muito maior do que o das glaciações anteriores. Segundo alguns pesquisadores, isso se deve à interferência humana, pois teoricamente esse número deveria ser menor, uma vez que o clima estava mais ameno e a pressão seletiva do ambiente sobre as espécies havia diminuído. Além disso, as extinções ocorreram tanto antes quanto depois da última glaciação, períodos nos quais não houve bruscas alterações climáticas. Ainda, espécies de todos os portes foram extintas nas glaciações anteriores, diferentemente da última glaciação, que ocorreu com a presença de humanos, na qual somente espécies grandes foram extintas.

Representação da preguiça-gigante. Essa espécie podia atingir até 6 m de comprimento.

[...] A análise do filhote de mamute sugere que humanos costumavam roubar a caça de predadores, como os leões da caverna [...] Marcas na face indicam que Yuka foi apanhado por leões. Mas cortes longos, da cabeça até o meio das costas, alguns deles serrilhados, evidenciam a ação humana na carcaça – daí se supor que o filhote tenha sido “roubado” dos leões. [...] FANTASIA de Carnaval? Ciência Hoje, São Paulo, n. 292, v. 49, maio 2012. p. 18.

Centro de Convenções Pacifico Yokohama, Yokohama (Japão). Foto: Kyodo/AP Images/Glow Images

Corpos de animais da megafauna que viveram em regiões frias como a Sibéria podem ter permanecido congelados no solo, mantendo preservadas suas características físicas. Esse tipo de fóssil é capaz de fornecer importantes evidências para a com­ preensão dos hábitos de vida das espécies, assim como dos processos que ocasionaram sua extinção. O texto a seguir traz um exemplo de fóssil encontrado congelado e trata da sua importância para pesquisas das espécies extintas. Leia-o.

Yuka, fóssil de uma filhote de mamute encontrada na Sibéria, em 2010, em uma exposição em Yokoama, Japão, em 2013.

Diversas espécies de mamute (Mammuthus sp.) viveram distribuídas pelo Hemisfério Norte e podiam atingir 4 m de altura. O desaparecimento dessas espécies contribuiu com a alteração da vegetação dessa região do planeta, que passou a ser dominada por árvores. A disposição dessas árvores não favorecia a dissipação do calor pela superfície terrestre. Logo, a energia acabou se acumulando e resultou em um aumento da temperatura nos séculos seguintes. É possível que a extinção da megafauna não seja o único prejuízo causado pela espécie humana à biodiversidade. Se tais espécies de mamíferos herbívoros fossem espécies-chave dentro do ecossistema, a sobrevivência de outros animais dependeria delas. Isso significa que predadores, espécies menores e microrganismos podem ter sido extintos simultaneamente aos grandes mamíferos herbívoros.

Espécie-chave: espécie que desempenha papéis dominantes em um ecossistema e afeta muitas outras espécies.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

a ) De que maneira a espécie humana contribuiu para a extinção da megafauna? b ) A espécie humana continua sendo responsável pela extinção de espécies? Justifique. c ) Os leões-da-caverna também foram extintos, e a causa de sua extinção ainda é desconhecida. Por se tratar de uma espécie predadora, cite uma possível explicação para sua extinção. Ecologia

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Seaphotoart/Alamy Stock Photo/Latinstock

unidade

Recursos naturais e biodiversidade

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Em uma gota de água do oceano ou em todo o volu­ me dos oceanos da Terra, a quantidade de espécies de seres vivos é muito grande. Atualmente, estima­se que existam cerca de 8,7 milhões de espécies de seres vivos eu­ cariontes na Terra, dos quais uma parte ainda não foi descrita. Essa variedade de espécies de seres vivos compõe a chamada biodiversidade do nosso planeta, também conhecida como di­ versidade de vida. Em 1992, na cidade do Rio de Janeiro, representantes de mais de 160 países assinaram a Convenção da Diversidade Biológica, cujo objetivo era o de assegurar a conservação e o uso sustentável da biodiversidade, garantindo o bem­estar das gerações futuras. No entanto, apesar de essa convenção ter sido elaborada há mais de duas décadas, a biodiversidade continua sofrendo as consequências de diversas interferências do ser humano no ambiente. Muitas atividades, como a expansão das fronteiras agrícolas e da pecuária, o uso intensivo dos recursos naturais, a intensi­ ficação das atividades industriais, têm causado a destruição de ecossistemas terrestres e aquáticos, a geração de poluentes, a escassez dos recursos naturais e, consequentemente, a redu­ ção das populações de espécies animais e vegetais e, até mesmo, a sua extinção.

Recife de coral no Caribe, em 2015. Os recifes de corais são considerados locais de elevada diversidade de espécies.

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titoOnz/Alamy Stock Photo/Latinstock

Parte da superfície terrestre vista do espaço a partir de uma imagem de satélite.

capítulo

Biomas

Hilvaria Images/Alamy Stock Photo/Latinstock

Ao analisar a imagem de parte da superfície da Terra vista do espaço, como a apre­ sentada acima, é possível perceber que as superfícies continentais variam uma em relação à outra, principalmente no que diz respeito à cobertura vegetal. Na imagem, é possível observar, por exemplo, áreas aparentemente cobertas por vegetação verde, por gelo ou, até mesmo, áreas onde parece não existir cobertura vegetal. Isso ocorre porque diferentes regiões da Terra apresentam variação nas condições climáticas, do solo e de altitude, enquanto as plantas apresentam limites de tolerância ambiental. Dessa maneira, cada espécie vegetal possui adaptações para viver em um determina­ do intervalo de condições ambientais.

Localização da área representada na imagem de satélite da superfície terrestre.

A) Não. Algumas áreas aparentemente não têm cobertura vegetal. B) A Terra seria coberta por plantas, todas das mesmas espécies. C) O clima, pois as diferentes espécies de plantas apresentam também diferentes limites de tolerância ambiental. Assim, cada região com clima específico irá resultar em uma composição específica da fauna e da flora.

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Assim, a superfície terrestre é formada por um mosaico de diferentes formações ve­ getais que podem ser visualmente distinguidas. O fato de nenhuma espécie de planta terrestre ser capaz de se adaptar a todas as condições ambientais presentes na Terra faz que regiões terrestres específicas apresentem composição florística e faunística também específicas. Atualmente, apesar de ainda existirem grandes áreas cobertas por vegetação, relativamente poucas comunidades vegetais e animais no mundo se encontram conser­ vadas. A maior parte delas foi, e ainda é, intensamente alterada pela intervenção humana. A Analisando a imagem acima, você considera que as diferentes áreas continentais apresentam a mesma cobertura vegetal? Explique. B Como seria a superfície terrestre se todas as plantas fossem capazes de se adaptar a todas as condições ambientais terrestres? C De acordo com o texto, que fator abiótico está intimamente relacionado ao as­ pecto em mosaico da Terra? Justifique. D Com relação à diversidade de espécies, qual é a principal vantagem da existência de diferentes tipos de ambientes, com características abióticas específicas?

D) Como cada espécie apresenta adaptações ambientais específicas, quanto mais variadas são as condições ambientais, maior é a diversidade de espécies que podem ocupar os diferentes ambientes.

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*Este tema foi elaborado principalmente com base na obra: RICKLEFS, R. E. A economia da natureza. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009.

Embora não existam na Terra lugares que apresentem exatamente a mesma constitui­ ção animal e vegetal, é possível agrupar ambientes similares em sistemas regionais cha­ mados biomas, os quais são definidos principalmente pelo tipo de vegetação dominante.** Assim, os biomas são observados em locais específicos da superfície terrestre e carac­ terizados por um tipo específico de vegetação que, por sua vez, interfere na fauna local.

Ser vivo adulto Boi-almiscarado (Ovibos moschatus): os machos podem atingir de 2 m a 2,6 m e as fêmeas de 1,4 m a 2,1 m de comprimento. Pangolin (Manis temminckii): pode atingir de 80 cm a 1,4 m de comprimento. Tamanduá-bandeira (Myrmecophaga tridactyla): pode atingir até 2,2 m de comprimento.

Nigel Dennis/Alamy Stock Photo/Fotoarena

VPC Animals Photo/Alamy Stock Photo/Latinstock

Em relação aos biomas terrestres, o clima é o principal fator que interfere na formação e distribuição desses sistemas. Isso porque a temperatura e a precipitação, componentes do clima, interferem diretamente na disponibilidade de água e distribuição dos recursos e, consequentemente, na distribui­ *** ção das plan­tas no ambiente. A B O mesmo bioma pode estar presente em diferentes regiões do mundo, sendo formado por es­ pécies animais e vegetais tam­ bém diferentes. No entanto, tais espécies atuam como equivalen­ tes ecológicos, ou seja, espécies diferentes que desempenham O tamanduá-bandeira A e o pangolin B são encontrados na América do Sul e na África, respectivamente. Esses animais são considerados equivalentes ecológicos que ocupam pa­p éis semelhantes em ecossis­ posição semelhante na cadeia alimentar, pois ambos se alimentam de formigas. temas semelhantes.

Unidade 4

Biomas terrestres*

A seguir, serão apresentados alguns dos principais biomas terrestres. **A forma de vida da vegetação clímax é a chave para delimitar e reconhecer os biomas terrestres, bem como classificá-los. Paula Radi

Tundra

Equador

A fauna é representada por um grande número de inse­ tos e espécies migratórias, que deixam a região durante o inverno, além de animais permanentes, como boi-almisca­ rado, rena, urso-polar, coruja-da-neve, lobo, raposa e le­ mingue. A Tundra é considerada um bioma frágil, pois a fina camada de vegetação é facilmente degradada e se recupera de forma lenta. Nos dias atuais, a Tundra está sendo amplamente alterada pela ação humana, principal­ mente por causa da exploração mineral, como o petróleo.

Tundra na Rússia, em 2015.

All Canada Photos/Alamy Stock Photo/Latinstock

A quase totalidade do solo fica permanentemen­te con­ gelada, formando o chamado permafrost, o qual dificul­ ta a decomposição da matéria orgânica que se acumula sobre o solo, acidificando-o. Durante o verão, embora as árvores sejam ausentes, uma fina camada superior do solo descongela e permite o crescimento da vegeta­ ção, caracterizada por plantas perenes, herbáceas e rasteiras, como gramíneas, musgos, liquens, lenhosas anãs, entre outras.

Victor Nikitin/Alamy Stock Photo/Latinstock

A Tundra é um bioma que se encontra ao redor do Polo Norte e se caracteriza por apresentar temperatura média de – 12 °C, com invernos longos e rigorosos e verões cur­ tos e amenos, quando a temperatura pode atingir 10 °C. A precipitação anual é de cerca de 208 mm e, apesar de relativamente baixa, a água não é considerada um fator li­ mitante para a vida nesse ambiente, pois a evaporação é bastante reduzida devido às baixas temperaturas. Em al­ gumas áreas da Tundra, o solo permanece a maior parte do tempo encharcado, pois a água não consegue penetrar nas camadas inferiores do solo congelado.

Boi-almiscarado.

***Em escalas menores, a distribuição das plantas nos ambientes terrestres pode ser influenciada, por exemplo, por características do solo, chamados fatores edáficos, pela topografia local, pela ocorrência de herbivoria e incêndios. Recursos naturais e biodiversidade

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A Taiga, também chamada Floresta Boreal ou Floresta de Coníferas, é observada ao Sul da Tundra e se caracteriza por apresentar temperatura média de cerca de – 3,6 °C, com invernos longos e bas­tante ri­ gorosos. A precipitação anual de, apro­x imadamente, 575 mm, associada às baixas temperaturas e solos muitas vezes congelados, garante elevada umidade durante o verão.

Equador

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Paula Radi

Taiga

Floresta de Coníferas junto ao Lago Willow, no Alasca, em 2014.

blickwinkel/Alamy Stock Photo/Latinstock

A fauna da Taiga inclui animais como alce, le­ bre-da-pata-branca, esquilo, diferentes espécies de aves, como pardais, quebra-nozes e corujas, além de ursos, linces, castores e pequenos roedores. A Taiga se destaca pela elevada produção de ma­ deira e, assim como a Tundra, sofre os efeitos do aquecimento global, que torna o solo alagado em razão do derretimento excessivo do permafrost. A atividade madeireira também é bastante intensa nesse bioma. Alce.

Campos Os Campos são encontrados em várias regiões do mundo. No Hemisfério Norte, a precipitação anual é de cerca de 462 mm por ano, enquanto a temperatura média é um pouco mais baixa que no Hemisfério Sul, aproximadamente, 14,7 °C. De ma­ neira geral, os ambientes são secos durante a maior parte do ano, com verões quentes e úmi­ dos. Os Campos podem ser conhecidos como Pradarias, na América do Norte, Estepes, na Ásia, e Pampas, no Brasil.

Equador

David South/Alamy Stock Photo/Latinstock

Paula Radi

O solo é considerado ácido, com acúmulo de ma­ téria orgânica não decomposta, e é pobre em nu­ trientes. A vegetação é formada por árvores perenes extremamente tolerantes ao congelamento, como os pinheiros e abetos, que formam densos bosques.

blickwinkel/Alamy Stock Photo/Latinstock

Campos na Patagônia, Argentina, em 2015.

Bisão-americano. Ser vivo adulto Alce (Alces alces gigas): pode atingir de 2,4 m a 3,2 m de comprimento. Bisão-americano (Bison bison): pode atingir de 2,1 m a 3,8 m de comprimento.

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Os solos, que são ricos em nutrientes e húmus, sustentam a vegetação que é dominada por gra­ míneas, embora herbáceas também possam ocor­ rer nesse bioma. Nos Campos, o fogo é um fator presente e importante. A fauna dos Campos é representada por gran­ des herbívoros, como cervos, antílopes e bisões e também são observados inúmeros insetos, tetraz, coiote, furão e texugo. Os Campos sofrem intensa pressão antrópica, sendo considerados um dos biomas mais alterados pela ação humana para a criação de áreas para agricultura e pastagem. Essa alteração resulta na substituição dos pasteja­ dores nativos por animais domesticados, como gados, ovelhas e cabras, sendo que muitos Cam­ pos estão sofrendo o processo de desertificação.* *Esse processo será abordado com mais detalhes no capítulo 15 deste volume.

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Floresta Temperada

James Randklev/Getty Images

Unidade 4

Equador

Árvores de bordo, nos Estados Unidos. Vegetação típica da Floresta Temperada.

Fotos: John Lamb/Getty Images

A vegetação é dominada por árvores decíduas, que são plantas que perdem suas folhas em determinadas épocas do ano, como o bordo e a faia. Além de es­ pécies arbóreas, esse tipo de floresta fre­ quentemente pode apresentar árvores menores e arbustos, bem como plantas herbáceas, permitindo o desenvolvimento de estratificação vertical. As árvores pro­ duzem folhas que realizam fotossíntese durante os verões quentes e chuvosos e, durante os invernos frios, são completa­ mente perdidas. A precipitação anual é de, aproximadamente, 700 mm, bem distribuí­ dos ao longo do ano. Já a temperatura média, é de cerca de 10,8 °C, apresenta­ -se bastante variável entre o verão e o in­ verno, resultando em estações do ano bem definidas. Veja a seguir.

Paula Radi

A Floresta Temperada pode ser do tipo Decídua ou Pluvial. A Floresta Temperada Decídua ou Sazonal ocorre no Hemisfério Norte, sob condições climáticas moderadas e chuvas abundantes. Os solos são ligeiramente ácidos e apresentam grande quanti­ dade de húmus.

Carvalho durante a primavera.

Carvalho durante o verão.

Carvalho durante o outono.

Carvalho durante o inverno.

Na Floresta Temperada Pluvial ou Floresta Temperada Úmida, observada, por exemplo, próximo da costa Noroeste da América do Norte no Sul do Chile e na Nova Zelândia, a quantidade de chuva é maior que a observada na Floresta Temperada Decídua, podendo atingir mais de 2 500 mm anualmente. Nesse tipo de bioma, as tem­ peraturas são mais amenas, com média aproximada de 6,9 °C, e a vegetação é formada principalmente por árvores perenes, como os abetos e as sequoias, encontrados nos Estados Unidos.

blickwinkel/Alamy Stock Photo/Latinstock

A fauna da Floresta Temperada Decídua é considerada bastante diversa, apresentando mais espécies que a Floresta Boreal. Assim, nesse bioma, são observadas algumas espécies, como veado, urso, esquilo-cinza, raposa-cinza, raposa-dourada, lince, pica-pau, chapim, joão-de-barro e peru-selvagem. Além desses, muitas espécies de aves migram para a Floresta Temperada durante o verão, quando se observa uma grande abundância de insetos.

Peru-selvagem. Ser vivo adulto Bordo (Acer negundo): pode atingir até 21 m de altura. Carvalho (Quercus sp.): pode atingir de 15 m a 30 m de altura. Peru-selvagem (Melearis gallopavo): pode atingir de 90 cm a 1,2 m de comprimento.

Recursos naturais e biodiversidade

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A Floresta Pluvial Tropical se desenvolve em regiões próximas à linha do Equador, que recebem luz solar em intensidade elevada e constante ao longo de todo o ano. Esse tipo de bioma se caracteriza pelo clima quente e úmido com temperatura média de, aproximadamente, 27,2 °C e precipitação anual de cerca de 6 905 mm, distribuídos ao longo do ano. Nesse tipo de floresta, a diversidade biológica atin­ ge seu ápice, com um elevado número de espécies animais e vegetais. Tal diversidade pode ser asso­ ciada às condições ambientais de temperatura, pluviosidade e luminosidade, que favorecem a ele­ vada produtividade líquida dos ambientes terres­ tres, e à diversidade de nichos ecológicos verticais.

Equador

Michael Gottschalk/Photothek/Getty Images

Paula Radi

Floresta Pluvial Tropical

Fabio Colombini

Vista aérea de Floresta Pluvial Tropical na República Centro-africana, África, em 2015.

Vista do interior da Floresta Tropical Pluvial no Amazonas, em 2014.

Tim Laman/Naturepl.com/Easypix

A fauna da Floresta Tropical Pluvial é bastante diversa, com predomínio de animais arbóreos, como macacos, lêmures, preguiças e serpentes. Entre os animais que ocu­ pam predominantemente a superfície da floresta, podemos citar tigre, onça-pintada e porcos, como o javali e o cateto. Observa-se, ainda, grande diversidade de seres vivos de todos os grupos, desde microrganismos até mamíferos. Nick Greaves/Alamy Stock Photo/Latinstock

robertharding/Alamy Stock Photo/Latinstock

Ser vivo adulto Ave-do-paraíso-rei-da-saxônia (Pteridophora alberti): pode atingir cerca de 22 cm de comprimento. Macaco-de-cheiro (Saimiri sciureus): pode atingir cerca de 72 cm de comprimento. Ocapi (Okapia johnstoni): pode atingir até 2,5 m de comprimento.

Macaco-de-cheiro.

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Como abordado no capítulo 13 deste volume, a Floresta Tropical Pluvial apresenta o mais elevado ní­ vel de estratificação vertical, resultando em diversos nichos ecológicos que podem ser ocupados por di­ ferentes espécies. O dossel é contínuo e se mantém verde, é composto de espécies com folhas largas (latifoliadas) e perenes, que podem atingir até 40 m de altura. Ocasionalmente, árvores ainda mais altas, com até 55 m de altura, podem emergir do dossel. A estrutura dessa camada superior da floresta faz que apenas uma pequena parcela da luz solar atinja os níveis inferiores desse bioma, onde são observadas árvores de tamanhos variados, arbustos e herbá­ ceas. Além disso, uma característica das Florestas Tropicais Pluviais é a ocorrência de um grande nú­ mero de lianas,* como os cipós, e de epífitas, como bromélias e orquídeas.

Ocapi.

Ave-do-paraíso-rei-da-saxônia.

*Informe aos alunos que as lianas são também conhecidas como trepadeiras lenhosas ou cipós. Essas plantas iniciam seu desenvolvimento no solo e, à medida que crescem, apoiam-se em outras plantas.

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Ser vivo adulto Zebra (Equus zebra zebra): pode atingir até 3 m de comprimento.

Savana

Solo exposto pela retirada da cobertura vegetal na Floresta Amazônica, em 2015.

As Savanas são observadas em regiões localiza­ das entre os trópicos. A precipitação anual nesse bioma é de, aproximadamente, 1 560 mm, concen­ trados em épocas específicas do ano, o que resulta em duas estações características, sendo uma de seca e outra de elevada pluviosidade. Os períodos mais secos, que duram de 3 a 4 meses, apresen­ tam uma precipitação de cerca de 50 mm mensais, enquanto o perío­do chuvoso é caracterizado pelo volume relativamente grande de chuvas. A tempe­ ratura média é de cerca de 21,8 °C.

DEA/N. CIRANI/Getty Images

Equador

Savana em Eritreia, na África, em 2014. Grobler du Preez/Alamy Stock Photo/Latinstock

Os solos são fortemente laterizados e pobres em nutrientes, sustentando a vegetação que é do­ minada por árvores decíduas, esparsas e permea­ das por gramíneas e arbustos. As espécies de plantas são resistentes à seca e ao fogo, fatores abióticos característicos desse bioma, resultando em diversas adaptações como reter água no orga­ nismo e evitar a evaporação, por exemplo.

Paula Radi

*Esse assunto será abordado no capítulo 15 deste volume.

Ernesto Reghran/Pulsar

A dinâmica nutricional observada nas Florestas Tropicais interfere diretamente na capacidade de regeneração por sucessão ecológica das áreas degradadas desse bioma. Quando a cobertura ve­ getal é retirada, ela leva consigo os nutrientes do solo. Assim, o solo de áreas florestais desprovidas de sua cobertura natural é considerado pobre em nutrientes e incapaz de restabelecer naturalmente uma comunidade clímax semelhante à nativa. Por isso, o solo que sustenta a Floresta Tropical Pluvial é inviável ao desenvolvimento da agricultura, por exemplo. Além disso, é também por este motivo que a retirada da cobertura vegetal, geralmente, resulta em desertificação.*

Na fauna das Savanas, observa-se o maior nú­ mero e variedade de mamíferos com cascos, como as zebras, antílopes, búfalos, gazelas, gnus e gira­ fas. Além disso, leões, lobos, leopardos, elefantes, avestruzes, rinocerontes, crocodilos, emas, entre outros, também são encontrados nesse bioma. Atualmente, a flora e a fauna da Savana estão sob forte pressão antrópica. No caso dos animais, isso ocorre, principalmente, pela caça ilegal e pela des­ truição do hábitat. Laterizado: solo que sofre laterização, tipo de intemperismo químico que resulta na formação de uma camada ferruginosa no solo, reduzindo sua fertilidade.

Zebra.

Recursos naturais e biodiversidade

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Unidade 4

Apesar da grande diversidade de espécies e da ocorrência de árvores de grande porte, o solo das Florestas Tropicais Pluviais é considerado pobre em nutrientes. A temperatura e a umidade elevadas favorecem o processo de decomposição. No en­ tanto, os nutrientes liberados no ambiente por meio desse processo são rapidamente absorvidos pelas raízes das plantas, localizadas nas camadas superiores do solo. As­ sim, os nutrientes não o penetram, caracterizando baixa fertilidade.

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De acordo com a temperatura observada princi­ palmente durante o inverno, os Desertos podem ser classificados em quentes, como o Deserto do Saara, na África, ou frios, como o Deserto do Ata­ cama, no Chile. Os Desertos quentes apresentam temperaturas próximas aos 30 ºC durante o inver­ no, enquanto nos Desertos frios a temperatura gira em torno de 0 °C, podendo, inclusive, nevar durante a estação mais fria do ano. Ambos os ti­ pos de Deserto se caracterizam pela baixa pluvio­ sidade, com precipitação anual de cerca de 31 mm.

Equador

Michael Gottschalk/Getty Images

Paula Radi

Deserto

GreatStock/Masterfile/Latinstock

Deserto do Atacama, no Chile, em 2014.

Michael & Patricia Fogden/Biosphoto/Minden Pictures/AFP Photo

Deserto em Namíbia, na África. Os cactos são característicos da vegetação de Deserto, apresentando folhas modificadas em espinhos e caule suculento para o armazenamento de água.

Rato-canguru. Esse animal passa a maior parte do dia no interior da toca no solo e, por não ingerir água, obtém toda a água de que precisa a partir dos alimentos. Ser vivo adulto Rato-canguru (Dipodomys spectabilis): pode atingir até 35 cm comprimento.

Amplitude térmica: diferença entre a temperatura máxima e a mínima.

Nesse tipo de bioma, observa-se grande amplitude térmica em razão, principalmente, da baixa umidade do ar e do solo, os quais se aquecem rapidamente durante o dia, mas também perdem calor rapidamente durante a noite. Além da grande amplitude térmica diária, os Desertos frios tam­ bém apresentam grande variação de temperatura durante o ano. Os desertos apresentam baixa pluviosidade, solo raso e pobre em matéria orgânica e, geral­ mente, pobre em nutrientes. De maneira geral, os Desertos quentes apresentam maior diversidade de espécies, principalmente de vegetais, quando comparados aos Desertos frios. Em ambos os tipos de Deserto, a vegetação apresenta adaptações para o clima desértico. A vegetação concentra-se nas áreas mais úmidas do bioma, sendo domina­ da por arbustos esparsos, permeados por áreas aparentemente vazias; tal distribuição ajuda a evi­ tar a competição. Além dos arbustos característi­ cos, gramíneas, herbáceas, suculentas e algumas pequenas árvores podem ser observadas em re­ giões mais úmidas. As plantas tendem a produzir grande quantidade de sementes que sustentam a fauna composta de aves, como o papa-léguas, formigas e roe­d ores, como o rato-canguru, além de grande diversidade de lagartos e serpentes. Entre as poucas espécies de animais de grande porte, podemos citar o came­ lo e o carneiro-selvagem. Os animais que vivem nos desertos apresentam adaptações comporta­ mentais e/ou fisiológicas que evitam a perda ex­ cessiva de água para o ambiente. Os Desertos se encontram em expansão. Mui­ tos dos demais biomas terrestres estão sofrendo desertificação, processo de modificação ambien­ tal e climática que resulta na formação de um am­ biente árido.

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Biomas brasileiros O Brasil é um país que apresenta uma grande riqueza de espécies. Essa notável biodiversidade é distribuída ao longo dos biomas continentais brasileiros, os quais po­ dem ser divididos em seis principais: Floresta Amazônica (Amazônia), Caatinga, Cerra­ do, Mata Atlântica, Pampas (Campos sulinos) e Pantanal. Veja, no mapa a seguir, a localização de cada um deles. Ecossistemas brasileiros N

RR

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Unidade 4

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Biomas

SC

Floresta Amazônica Caatinga

RS

Cerrado

Débora Ferreira

Mata Atlântica Pampas 50° O

375 km

Pantanal

Fonte: IBGE. Atlas Nacional do Brasil Milton Santos. Rio de Janeiro, 2010. Disponível em: <ftp://geoftp.ibge.gov.br/atlas/ atlas_nacional_do_brasil_2010/2_ territorio_e_meio_ambiente/atlas_ nacional_do_brasil_2010_ pagina_89_biomas.pdf>. Acesso em: 14 abr. 2016.

1. Com base no mapa acima, qual é o bioma que abrange o local em que você mora? Resposta pessoal. A resposta depende do local em que o aluno mora. 2. Cite um animal ou uma planta que ocorre no ambiente natural do bioma em que você mora. Resposta pessoal.

O mapa acima, elaborado pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), baseia­se no conceito de que bioma é um conjunto de vegetais e animais, com tipos de vegetação similares uns aos outros, e identificáveis regionalmente.* Além disso, são consideradas as condições geográficas e climáticas desses locais. A fauna e a flora do Brasil são ricas em espécies, somando cerca de 13% de todas as espécies do planeta. Muitas delas são endêmicas, isto é, encontradas exclusiva­ mente nos biomas brasileiros. No Brasil, estima­se que existam mais de 650 espécies de mamíferos. Destas, mais de 10% encontram­se ameaçadas de extinção. Existem mais de 1 800 espécies de aves e, até 2016, haviam sido catalogadas 946 espécies de anfíbios e 732 de répteis. Além disso, há cerca de 2 300 espécies de peixes de água doce e, aproximadamente, 1 300 de água salgada. Além disso, cerca de 130 mil invertebrados são encontrados no Brasil. *Os biomas também apresentam clima e tipo de solo característicos. Recursos naturais e biodiversidade

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Floresta Amazônica Marcos Amend/Pulsar

O bioma Floresta Amazônica, ou Amazônia, ocorre nos estados de Roraima, Amapá, Amazo­ nas, Pará, Rondônia e Acre, estando presente, ain­ da, em parte dos estados do Maranhão, Tocantins e Mato Grosso. Esse bioma ocupa cerca de 49% de todo o território brasileiro, o que equivale a uma área de, aproximadamente, 4 196 943 km2. A floresta Amazônica corresponde à Floresta Tropical Pluvial. O relevo amazônico é diferente em sua exten­ são e pode ter tanto planaltos, quanto planícies e depressões. Fotografia aérea da Floresta Amazônica no estado de Roraima, em 2016.

Climograma de Manaus (AM) 400

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Rafael Luís Gaion

Temperatura (°C)

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A bacia hidrográfica Amazônia tem mais de 1 100 afluentes e constitui cerca de 20% da água doce do planeta.

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12 jan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez

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Meses Fonte: INSTITUTO Nacional de Meteorologia. Disponível em: <www.inmet.gov.br/portal/ index.php?r=clima/normaisclimatologicas>. Acesso em: 13 maio 2016.

A Floresta Amazônica abrange quase metade das espécies de seres vivos de todo o planeta. Além de animais e plantas, esse bioma também é rico em microrganismos que auxiliam em seu equi­ líbrio. Por essas razões, é considerado o bioma com maior diversidade biológica de todo o planeta. A Floresta Amazônica é rica em espécies de ani­ mais aquáticas e terrestres, como peixe-boi-ama­ zônico, macaco-barrigudo, botos, onça-pintada, onça-parda, diversas espécies de rãs, lagartos, ja­ carés, araras, além de diversas espécies de peixes. Veja algumas delas.

Tambaqui, peixe encontrado na Amazônia, que se alimenta, preferencialmente, de frutos e sementes e também de zooplâncton. Esse peixe é muito procurado para pesca.

Ser vivo adulto Boto-cor-de-rosa (Inia geoffrensis): pode atingir até 2,5 m de comprimento. Tambaqui (Colossoma macropomum): pode atingir cerca de 90 cm de comprimento.

Gregory Ochocki/Photoresearchers/Latinstock

VPC Animals Photo/Alamy Stock Photo/Latinstock

O clima na região amazônica é equatorial úmido. Chove quase todos os dias e a temperatura média é elevada. Veja no climograma ao lado.

Boto-cor-de-rosa, cetáceo de água doce. Sua alimentação é baseada em diferentes espécies de peixes, como tetras, piranhas, além de caranguejos e tartarugas. Sua cor pode variar com a idade, os mais jovens, por exemplo, geralmente têm coloração acinzentada e os adultos, uma cor mais rosada.

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Gabriel Rojo/Naturepl.com/Other Images

Ivan Kuzmin/Alamy Stock Photo/Latinstock

João Quental/Opção Brasil Imagens

Uirapuru, ave famosa pelo canto melodioso. Ela se alimenta de frutos e insetos e há muitas crenças envolvendo essa espécie que já foi muito capturada por ser considerada um talismã.

Unidade 4

Jacaré-açu.

Cigana, ave encontrada em beira de rios, lagos e igarapés na Amazônia. Ela se alimenta de folhas, flores e frutos.

Castanheira-do-brasil, angiosperma abundante na região amazônica. Ela é bastante apreciada na alimentação pela sua semente, a castanha-do-pará, e sua madeira já foi muito explorada, provocando a redução de suas populações.

Biologia e Ambiente

Fabio Colombini

Ger Bosma/Alamy Stock Photo/Latinstock

Edson Grandisoli/Pulsar

A vegetação amazônica também é muito diversa. Nesse bioma, são encontradas desde herbáceas até árvores de grande porte. Além disso, existem espécies aquáticas e outras que toleram alagamentos. Veja a seguir alguns exemplos dessa biodiversidade.

Vitória-régia.

Andiroba.

Ser vivo adulto

Medicamentos na floresta

Andiroba (Carapa guianensis): pode atingir até 30 m de altura.

A biodiversidade da Floresta Amazônica disponibiliza uma rica variedade de me­ dicamentos naturais. A utilização de partes de plantas para fins medicinais é uma prática muito antiga, comum nas comunidades indígenas nativas. O óleo do tronco da citronela (Andropogon nardus) por exemplo, é comumente utilizado para repelir insetos. Com as folhas do capim-santo (Cymbopogon citratus), é feito um chá para aliviar sintomas de dor e febre. Algumas espécies possuem propriedades medicinais que despertam o interesse da indústria farmacêutica, tais como a unha-de-gato (Uncaria tomentosa), trepadei­ ra usada por tribos amazônicas para tratar inflamações, infecções e úlceras gástri­ cas. A partir de seus compostos, já foram produzidos e comercializados diversos medicamentos fitoterápicos, isto é, que possuem em sua composição exclusiva­ mente matéria-prima de origem vegetal.

Castanheira-do-brasil (Betholletia excelsa): pode atingir até 50 m de altura. Cigana (Opisthocomus hoazin): pode atingir cerca de 63 cm de comprimento. Jacaré-açu (Melanosuchus niger): pode atingir até 6 m de comprimento. Uirapuru (Cyphorhinus arada): pode atingir cerca de 12 cm de comprimento. Vitória-régia (Victoria amazonica): pode atingir até 2 m de diâmetro.

Recursos naturais e biodiversidade

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Mata Atlântica

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Rafael Luís Gaion

Climograma do Rio de Janeiro (RJ)

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Meses Fonte: INSTITUTO Nacional de Meteorologia. Disponível em: <www.inmet.gov.br/portal/ index.php?r=clima/normaisclimatologicas>. Acesso em: 13 maio 2016.

O bioma Mata Atlântica abrange os estados do Espírito Santo, Rio de Janeiro, Santa Catarina e, ainda, parte do Rio Grande do Sul, Goiás, Paraná, São Paulo, Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, Bahia, Sergipe, Alagoas, Pernambuco, Paraíba e Rio Grande do Norte. Esse bioma corresponde a 1 110 182 km2 e alcança 13,04% da área total do Brasil. Como a Mata Atlântica abrange grande parte do território brasileiro, do Norte ao Sul do país, há variação climática de acordo com a região. Por isso, há estados com clima subtropical úmido (Sul), tropical (Sudeste) e semiárido (Nordeste). De maneira geral, nota-se grande quantidade de chuvas, com variação de temperaturas de um local para outro. Observe, ao lado, o climograma da cidade do Rio de Janeiro, localizada no litoral brasileiro.

O relevo da Mata Atlântica varia de áreas costeiras até morros e serras. Esse bioma apresenta grande quantidade de rios, os quais abastecem cerca de 70% da população brasileira. Existe uma grande diversidade de espécies de seres vivos na Mata Atlântica. Entre os animais, a diversidade de vertebrados e invertebrados compreende muitas espécies endêmicas.

Luciano Candisani/Biosphoto/ Minden Pictures/AFP Photo

Luiz Claudio Marigo/naturepl/Easypix

Alguns exemplos de vertebrados encontrados nesse bioma são: jaguatirica, onça-pintada, macaco-prego, macuco, caxinguelê, jacu, jiboia, jararaca e teiú. Muitas espécies da Mata Atlântica encontram-se ameaçadas de extinção, por causa da grande degradação que esse bioma tem sofrido. Ser vivo adulto Gato-maracajá (Felis wiedii): pode atingir de 0,8 m a 1,3 m de comprimento. Jararaca (Bothrops jararaca): pode atingir 1,6 m de comprimento. Muriqui (Brachyteles hypoxanthus): pode atingir 1,5 m de comprimento. Preguiça-de-coleira (Bradypys torquatus): pode atingir de 70 cm a 90 cm de comprimento.

Muriqui, primata que se alimenta de frutos, folhas novas ou maduras, brotos, cascas de árvores e flores. Essa espécie vive em grupos.

Gato-maracajá.

Mark Moffett/Biosphoto/ Minden Pictures/AFP Photo

Thomas Dressler/Mary Evans Picture Library Ltd/Easypix

Preguiça-de-coleira, mamífero que se alimenta somente de folhas. Trata-se de uma espécie ameaçada de extinção por causa do desmatamento, que leva à fragmentação de seu hábitat.

Jararaca.

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Como a Mata Atlântica é composta de diferentes formações vegetais, há grande variação também na altura, densidade e distribuição das espécies vegetais. Há florestas fechadas, cujas árvores alcançam 40 m de altura, além de plantas herbáceas e arbustos.

Delfim Martins/Tyba

Guapuruvu, angiosperma utilizada para recompor a mata ciliar, pois é uma espécie de sucessão primária.

Biologia e Ambiente

Ser vivo adulto Acácia (Senna multijuga): pode atingir de 2 m a 10 m de altura. Araucária (Araucaria angustifolia): pode atingir até 35 m de altura. Guapuruvu (Schizolobium parahyba): pode atingir até 30 m de altura. Jequitibá (Cariniana legalis): pode atingir 50 m de altura. Mico-leão-dourado: pode atingir cerca de 60 cm de comprimento. Samambaiaçu (Dicksonia sellowiana): pode atingir até 10 m de altura.

Acácias, árvores bastante utilizadas na arborização em muitas cidades brasileiras.

A recuperação do mico-leão-dourado

Atualmente, o mico-leão-dourado encontra-se restrito a alguns municípios do Rio de Janeiro, entre eles o de Silva Jardim, onde sua população é protegida e habita a Reserva Biológica de Poço das Antas. Nessa reserva, é realizado o manejo adequado da espécie, que inclui a reprodução, o monitoramento e a adaptação à vida selvagem. Além disso, há uma preocupação com o aumento da área florestal e a recuperação de áreas degradadas, que permitem que as populações de mico-leão-dourado voltem a crescer em hábitat natural. Até então, tais medidas permitiram que o número de micos-leões-dourados na natureza aumentasse de 200 para mais de 3 mil indivíduos nas duas últimas décadas.

H.Palo/VW Pics/ZUMA Wire/Easypix

O mico-leão-dourado (Leontopithecus rosalia) é um primata de pequeno porte, endêmico da Mata Atlântica, onde vive em bandos. No passado, essa espécie era encontrada em florestas litorâneas que percorriam desde o Espírito Santo até o Sul do Rio de Janeiro. Porém, nas últimas décadas, o desmatamento de seu hábitat e a caça ilegal para o tráfico de animais silvestres reduziu sua população, a ponto de ser caracterizada pela IUCN como “espécie criticamente ameaçada de extinção” .

Mico-leão-dourado.

Recursos naturais e biodiversidade

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Unidade 4

Samambaiaçu, gimnosperma conhecida como xaxim. Ela é considerada ameaçada, pois foi explorada indiscriminadamente no passado.

Araucária.

Isa/Kino.com.br

Jequitibá, angiosperma ameaçada de extinção.

Luiz Claudio Marigo/Animals Animals/Earth Scenes/Keystone

Luis Carlos Torres/Shutterstock.com

Luiz Claudio Marigo/Tyba

Entre as árvores desse bioma, destacam-se: pau-brasil, quaresmeira, jacarandá, paineira, figueira, jatobá, canela-amarela, imbaúba, entre outras.

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Caatinga

Correios Brasil

O bioma Caatinga abrange o estado do Ceará, parte da Paraíba, Pernambuco, Piauí, Rio Grande do Norte, Alagoas, Sergipe, Bahia e pequenos trechos de Minas Gerais e do Maranhão. Cobre uma área de cerca de 844 453 km2, o que equivale a quase 10% do território brasileiro.

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50 Fonte: INSTITUTO Nacional de Meteorologia. Disponível em: <www.inmet.gov.br/portal/index. php?r=clima/normaisclimatologicas>. Acesso em: 13 maio 2016.

0

Temperatura (°C)

Agosto, setembro e novembro.

400

300 Precipitação (mm)

3. De acordo com o climograma ao lado, quais são os meses com menor incidência de chuvas?

Rafael Luís Gaion

Climograma de Iguatu (CE)

12 jan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez

10

Meses

Selo em homenagem à Caatinga, produzido pelos Correios, em 2002.

O clima da Caatinga é tropical semiárido, caracterizado por altas temperaturas o ano todo e poucas chuvas. Em alguns meses do ano, chove pouco e as temperaturas quase não variam ao longo do ano.

Ser vivo adulto Barriguda (Chorisia sp.): pode atingir até 15 m de altura. Coroa-de-frade (Melocactus bahiensis): pode atingir até 25 cm de altura. Iguana (Iguana iguana): pode atingir até 1 m de comprimento.

A flora apresenta estrato herbáceo, arbustivo e arbóreo. A vegetação frequentemente apresenta características que são adaptadas à escassez periódica da água. Dessa maneira, há várias espécies de cactos, como mandacaru e facheiro, e árvores de baixo porte, com folhas pequenas e espinhos, que ajudam a evitar a perda de água para o ambiente, como a barriguda, a emburana, a aroeira, entre outras. Emídio Bastos/Opção Brasil Imagens

Mocó (Kerodon rupestris): pode atingir até 40 cm de comprimento.

Iguana.

Coroa-de-frade.

Fabio Colombini

Mocó.

Fabio Colombini

Luiz Claudio Marigo/Animals Animals/ Earth Scenes/Keystone

O relevo varia de planaltos a grandes depressões. Além disso, esse bioma apresenta cerca de 800 espécies de animais. No entanto, a exploração inadequada tornou muitas delas ameaçadas de extinção.

Barriguda, árvore cujo tronco é capaz de armazenar água, o que a mantém em períodos de seca.

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Cerrado

Entre a primavera e o verão.

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Unidade 4

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Rafael Luís Gaion

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300

O relevo predominante nesse bioma é plano ou levemente ondulado. 4. De acordo com o climograma ao lado, em que estações há predomínio de chuvas?

400

Temperatura (°C)

O clima do Cerrado é tropical, por isso a temperatura é quente e não varia muito durante o ano. O regime de chuvas, por sua vez, se altera em determinadas estações.

Climograma de Goiânia (GO)

Precipitação (mm)

O bioma Cerrado ocupa a quase totalidade do Distrito Federal e par­te dos estados de Goiás, Maranhão, Mato Grosso do Sul, Mato Grosso, Tocantins, São Paulo, Minas Gerais, Bahia e Piauí, além de uma pequena área do Paraná. Ocupa uma área de cerca de 2 036 448 km2, que equivale a quase 24% do território brasileiro.

12 jan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez

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Meses Fonte: INSTITUTO Nacional de Meteorologia. Disponível em: <www.inmet.gov.br/portal/ index.php?r=clima/normaisclimatologicas>. Acesso em: 13 maio 2016.

É importante destacar que há uma grande diversidade de animais nesse bioma. Entre elas, podemos citar: jararaca, jiboia, cascavel, siriema, urubu-rei, araras, tucanos, gaviões, tatu-peba, tamanduá-mirim, gato-mourisco, cachorro-vinagre, entre outros.

Joe Blossom/Alamy Stock Photo/Latinstock

Luiz Cláudio Marigo/Opção Brasil Imagens

Zoólogos estimam que existam espécies de invertebrados endêmicas, como algumas espécies de formigas, abelhas e gafanhotos.

Lobo-guará (Chrysocyon brachyurus): pode atingir até 1,7 m de comprimento. Pequizeiro (Caryocar brasiliensis): pode atingir até 10 m de altura. Sempre-viva (Paepalanthus sp.): pode atingir até 1,2 m de altura. Tatu-canastra (Priodontes maximus): pode atingir até 1,5 m de comprimento.

Tatu-canastra. Wagner Santos/Kino.com.br

Estima-se que esse bioma abri­ gue mais de 12 000 espécies de plantas, das quais mais de 40% seriam endêmicas. Sua vegetação é composta de árvores, arbustos e herbáceas. Os troncos são tortuosos e as árvores possuem adaptações para sobreviver à seca e ao fogo.

blickwinkel/Alamy Stock Photo/Latinstock

Lobo-guará.

Ser vivo adulto

Entre as espécies encontradas nesse bioma, estão: pequizeiro marolo, cajuí, catuaba, fruta-de-lobo, indaiá, butiá, sempre-viva, capim-flecha, entre outros. Pequizeiro.

Sempre-viva.

Recursos naturais e biodiversidade

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Biologia e Cultura

Extrativismo vegetal no Cerrado

O extrativismo sustentável consiste na obtenção de recursos naturais de maneira que o ambiente não seja degradado, possibilitando a geração de renda para comunidades extrativistas e, simultaneamente, a conservação e o respeito ao ambiente. Artesã tecendo peça com capim-dourado no Parque Estadual do Jalapão, no município de Mateiros, estado do Tocantins, em 2014.

A biodiversidade do bioma Cerrado fornece muitas possibilidades extrativistas. Diversas espécies de frutos, por exemplo, podem ser colhidas com o mínimo de perturbação ambiental, respeitando a época adequada para a coleta. Além do consumo próprio da população, existem organizações e cooperativas que comercializam esses frutos e seus derivados, tais como doces, geleias, sucos e artesanatos.

Du Zuppani/Pulsar

Andre Dib/Pulsar

O capim-dourado (Syngonanthus nitens) é uma espécie de grande importância econômica para as comunidades extrativistas que vivem na região do Parque Estadual do Jalapão, no Tocantins. A comercialização de suas hastes, usadas na confecção de peças artesanais, movimenta a economia local. Assim, o capim-dourado só pode ser retirado da natureza com esse fim. A sua coleta é permitida somente após a produção e a maturação de suas sementes, para garantir que a espécie continue se reproduzindo normalmente na natureza.

Buritizal no município de Lizarda, estado do Tocantins, em 2007. O buriti é uma espécie nativa da Amazônia e do Cerrado. Ser vivo adulto Buritizeiro (Mauritia flexuosa): pode atingir até 25 m de altura.

Outra espécie extraída da natureza é o buriti (Mauritia flexuosa), palmeira característica de brejos e matas ciliares do Cerrado. Essa espécie fornece matéria-prima muito variada para as comunidades extrativistas. Seus frutos são utilizados no preparo de diversos alimentos e de um óleo rico em propriedades medicinais, que também é usado como filtro solar, pois absorve os raios ultravioleta. Os frutos, em vez de serem cortados da árvore, devem ser colhidos do chão após caírem naturalmente. O corte faz com que o buriti produza menos frutos na safra seguinte, além do fato de estarem imaturos no momento do corte. As folhas do buriti, por sua vez, são utilizadas para confeccionar produtos artesanais, utensílios domésticos, cestos e, até mesmo, para cobrir telhados. O extrativista não deve colher mais que a metade das folhas abertas de um buriti, para não enfraquecê-lo. As folhas jovens do buriti, chamadas “olhos”, são produzidas em média de três por ano. Essas folhas produzem uma seda muito usada em artesanatos, como uma espécie de linha de costura. O extrativista deve observar se o buriti teve algum olho extraído recentemente. Se sim, ele deve escolher outro indivíduo que ainda não foi extraído. Dessa maneira, a planta mantém folhas suficientes para seu desenvolvimento, e o extrativista obtém matéria-prima para seu sustento.

As cooperativas e as comunidades extrativistas são formadas por pessoas que respeitam a natureza, pois dela retiram seu sustento. Ao mesmo tempo que esse tipo de trabalho em grupo promove a igualdade social nas comunidades por meio da geração de renda, ele também é uma forma de conservar a vegetação nativa do Cerrado.

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Pantanal

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Fonte: INSTITUTO Nacional de Meteorologia. Disponível em: <www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/ normaisclimatologicas>. Acesso em: 13 maio 2016.

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Unidade 4

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Rafael Luís Gaion

400

Temperatura (°C)

A paisagem desse bioma se modifica bastante por causa das chuvas abundantes e periódicas. Durante o período de cheias, o Pantanal fica alagado. Durante o período de seca, a água se concentra nos rios, lagoas e banhados, localizados em depressões da planície pantaneira.

Climograma de Coxim (MS)

Precipitação (mm)

O bioma Pantanal encontra-se em parte dos estados do Mato Grosso do Sul e do Mato Grosso, abrangendo uma área aproximada de 150 355 km2, que equivale a cerca de 1,8% do território nacional. Trata-se da maior planície alagada do planeta.

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Meses

Arco Images GmbH/Alamy Stock Photo/Latinstock

ecoventurestravel/Shutterstock.com

A fauna no bioma Pantanal é muito rica, com a presença de animais como capivara, tamanduá-mirim, tamanduá-bandeira, jacaré-do-pantanal, sucuri, vários peixes, como piranha, dourado e pintado, e aves, como o tuiuiú.

Harpia, também chamada gavião-real. robertharding/Alamy Stock Photo/Latinstock

Ariranha. Fabio Colombini

Palê Zuppani/Pulsar

Capivara.

Veado-campeiro.

Onça-pintada. Fabio Colombini

MyImages - Micha/Shutterstock.com

Hemis/Alamy Stock Photo/Latinstock

Tuiuiú.

Ser vivo adulto Ariranha (Pteronura brasiliensis): pode atingir até 1,8 m de comprimento. Calango-verde (Ameiva ameiva): pode atingir até 30 m de comprimento. Capivara (Hydrochoerus hydrochaeris): pode atingir até 1,3 m de comprimento. Harpia (Harpia harpyja): pode atingir até 42 cm de comprimento. Onça-pintada (Panthera onca): pode atingir até 1,8 m de comprimento. Piranha (Pygocentrus nattereri): pode atingir até 50 cm de comprimento. Tuiuiú (Jabiru micteria): pode atingir até 1,4 m de comprimento. Veado-campeiro (Ozotocerus beezoarticus): pode atingir até 1,4 m de comprimento.

Calango-verde.

Piranha.

Recursos naturais e biodiversidade

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Fabio Colombini

A vegetação variada do Pantanal forma um mosaico. Entre as espécies, destacam-se: cambará-lixeira, carandá, buriti, ipê, jenipapo, entre outras. Ser vivo adulto Cambará (Vochysia divergens): pode atingir até 25 m de altura. Carandá (Copernicia alba): pode atingir até 20 m de altura.

GM Photo Images/Alamy Stock Photo/Latinstock

Cambará. blickwinkel/Alamy Stock Photo/Latinstock

Ipê-rosa (Tabebuia avellanedae): pode atingir até 30 m de altura.

Carandás.

Pantanal: alternância de secas e alagamento O Pantanal, uma das maiores planícies inundáveis do mundo, localiza-se na bacia hidrográfica do Rio Paraguai, do qual recebe diversos afluentes. As nascentes desses afluentes situam-se em planaltos, regiões mais altas localizadas ao redor da planície. A diferença de altitude entre os planaltos e as planícies e as variações no regime de chuvas durante o ano são responsáveis pela alternância entre seca e alagamento no Pantanal, fator de grande importância na constituição da fauna e da flora locais.

Pantanal no período de seca. Município de Poconé, estado do Mato Grosso, em setembro de 2013.

Fabio Colombini

A dinâmica de inundação no Pantanal possui períodos de seca e cheia bem definidos e intercalados pelos períodos de enchente e vazante. De outubro a dezembro, ocorre o período de enchente, no qual o solo se encharca e o volume dos rios aumenta, começando a cobrir as áreas mais baixas da planície. Já o período de cheias ocorre entre janeiro e março. A frequência e a intensidade das chuvas diminuem nos meses de abril e maio, caracterizando o período de vazante, no qual as águas retornam para os leitos dos corpos de água e escoam para dentro do solo. Por fim, o período de seca ocorre entre junho e setembro. Fabio Colombini

Encontro com...

Geografia

Ipê-rosa, também conhecido como paratudo.

Pantanal no período de alagamento. Município de Poconé, estado do Mato Grosso, em fevereiro de 2014. Nessa época, os animais refugiam-se nas cordilheiras, regiões mais altas que não são inundadas.

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Pampas

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Surubim, também conhecido como cachara.

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Meses Fonte: INSTITUTO Nacional de Meteorologia. Disponível em: <www.inmet.gov.br/portal/ index.php?r=clima/normaisclimatologicas>. Acesso em: 13 maio 2016.

Dorling Kindersley ltd/Alamy Stock Photo/Latinstock

Podolnaya Elena/Shutterstock.com

Entre as espécies de animais estão o graxaim, o marreco, o quero-quero, a jararaca-do-banhado, a cobra-cipó, além de peixes como o surubim, o cação-anjo, o lambari-azul, entre outros.

30

Gerson Gerloff/Pulsar

O relevo é do tipo planalto e suavemente ondulado, com presença de colinas.

400

Temperatura (°C)

O clima é do tipo subtropical úmido. Há grande variação de temperatura ao longo do ano, com períodos quentes e frios bem marcantes. As chuvas ocorrem o ano todo e não há períodos de seca.

Climograma de Porto Alegre (RS)

Precipitação (mm)

Esse bioma, também conhecido como Campos sulinos, encontra-se em parte do estado do Rio Grande do Sul, ocupando cerca de 176 496 km 2 de área, que equivale a aproximadamente 2% do território brasileiro.

Inhambu.

Graxaim.

Gramínea.

Fabio Colombini

Fabio Colombini

Eduardo Gomes/Folhapress

A vegetação predominante é composta de plantas de porte baixo, principalmente gramíneas. Entre as árvores, são encontradas a cabreúva, o angico-vermelho e o cedro, além de plantas de banhado, como o gravatá, o junco e o aguapé.

Capim-dos-pampas.

Aroeira-periquita.

Ser vivo adulto Aroeira-periquita (Schinus molle): pode atingir até 8 m de altura.

Graxaim (Pseudalopex gymnocercus): pode atingir até 1 m de comprimento.

Capim-dos-pampas (Cortaderia selloana): pode atingir até 3 m de altura.

Inhambu (Rhynchotus rufescens): pode atingir até 42 cm de comprimento.

Gramínea (Andropogon leucostachys): pode atingir até 3 m de altura.

Surubim (Pseudoplatystoma fasciatum): pode atingir até 1 m de comprimento.

Recursos naturais e biodiversidade

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*O conteúdo referente aos manguezais e às restingas foi elaborado com base no livro: SCARANO, Fábio Rubio et al (Orgs.). Biomas brasileiros: retratos de um país plural, 2012.

Biomas costeiros * A zona costeira brasileira conta com uma extensão de 10 800 km, abrangendo áreas desde o Amapá até o Rio Grande do Sul. É uma importante área de desenvolvimento e de reprodução, tanto de espécies terrestres quanto marinhas. Muitas vezes, os biomas costeiros podem se sobrepor aos biomas terrestres, como a Floresta Amazônica e a Mata Atlântica.

Manguezal Os manguezais se localizam na zona entremarés de regiões tropicais e subtropicais. No Brasil, os manguezais ocupam uma área de mais de 13 mil km2, desde o Rio Oiapoque, no Amapá, até Laguna, em Santa Catarina. O manguezal se localiza na região entre o ambiente terrestre e o marinho, por isso está sujeito à invasão da maré, e é composto de solo lodoso, o qual é formado pela deposição de sedimentos trazidos pelo rio e apresenta baixa oxigenação. O solo também é composto de grande quantidade de material vegetal e animal em diferentes estágios de decomposição.

Ser vivo adulto Guará: pode atingir 58 cm de comprimento. Mangue-branco: pode atingir 20 m de altura. Mangue-vermelho: pode atingir 20 m de altura.

Mangue-vermelho (Rhizophora mangle) com raízes-escoras, que auxiliam na sustentação.

grass-lifeisgood/Shutterstock.com

Guará (Eudocimus ruber) no manguezal.

Fabio Colombini

Arto Hakola/Al Arto Hakola/Alamy Stock Photo/ Latinstock amy Stock Photo/Latinstock

A flora do Manguezal, com baixa diversidade, é formada por espécies arbóreas e arbustivas adaptadas às condições limitantes de salinidade e baixa oxigenação. No Brasil, as principais espécies arbóreas são o mangue-vermelho, o mangue-preto e o mangue-branco, os quais possuem adaptações que lhes permitem sobreviver no solo lodoso e na baixa concentração de gás oxigênio.

Mangue-branco (Laguncularia racemosa).

Apesar da baixa diversidade de espécies arbóreas, os manguezais exibem elevada diversidade estrutural, atuando como locais de abrigo, alimentação e reprodução de uma variedade de espécies, de forma permanente ou temporária. A fauna do manguezal é formada, principalmente, por moluscos bivalves, crustáceos e peixes, embora anfíbios, répteis, aves e mamíferos também possam ser observados nesse tipo de bioma costeiro, geralmente utilizado como fonte de alimento e abrigo. Muitas espécies de peixes, como a garoupa e a tainha, e algumas espécies de camarão utilizam os manguezais como berçários.

Correios Brasil

Algumas das espécies associadas aos mangues são: sururus, ostras, mariscos, colhereiro, lontra e guaiamum. Em virtude da elevada diversidade de espécies associada a esse bioma costeiro, torna-se de suma importância a adoção de medidas que visem à conservação desse ambiente, já tão degradado por atividades humanas. Segundo o Ministério do Meio Ambiente, em 2010, 75% dos manguezais se encontravam em áreas de proteção ambiental, que incluem unidades de conservação de proteção integral e unidades de conservação de uso sustentável. Selo com o tema Preservação dos manguezais e zonas de maré, lançado pelos Correios em 2004.

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Biologia e Cultura

Coleta de caranguejos no mangue

Unidade 4

A coleta de caranguejos é uma atividade tradicional em comunidades que vivem próximo aos manguezais, gerando renda e incentivando a conservação desses ambientes costeiros. Para capturar os caranguejos, os coletores procuram as tocas onde os animais se escondem e coletam-nos diretamente com as mãos. Essa coleta é permitida somente no período não reprodutivo das espécies, que ocorre geralmente entre outubro e dezembro. O uso de armadilhas e a realização da coleta durante a época reprodutiva são considerados crimes ambientais, pois aumentam o risco da captura de indivíduos jovens, interferindo diretamente na reprodução da espécie.

Palê Zuppani/Pulsar

A importância dos mangues está relacionada ao seu papel ecológico, social e, inclusive, econômico, pois provê sustento para diversas populações do litoral brasileiro.

Coletor de caranguejos no mangue, em Carnaubeiras, no Maranhão, em 2009.

Vegetação de restinga na Praia da Boa Vista, Marataízes, no Espírito Santo, em 2016. Haroldo Palo Jr/Kino.com.br

A restinga, bioma que se forma sobre solos arenosos da planície costeira, abriga diferentes formações vegetais. Dependendo da distância em relação ao mar e das características edáficas (relacionadas ao solo), por exemplo, as restingas podem abranger desde áreas com vegetação herbácea até áreas com predominância de arbóreas densamente organizadas. Na região próxima ao mar, como nas praias, normalmente são observadas formações herbáceas e subarbustivas. Já no interior do continente, as formações vegetais passam a abranger vegetação arbustiva e arbórea, com formação de dossel aberto ou denso. Epífitas, trepadeiras, gramíneas, bromélias e orquídeas terrestres são comuns nas florestas de restinga.

Cesar Diniz/Pulsar

Restinga

A fauna de restinga apresenta grande diversidade de espécies, incluindo desde microrganismos até mamíferos de grande porte, além de algumas vespécies endêmicas, como o sapinho-da-restinga. A restinga é considerada um bioma intensamente degradado e ameaçado, principalmente pela exploração imobiliária, agropecuária, agricultura e mineração.* Segundo o Ministério do Meio Ambiente, em 2010, 69% das restingas se encontravam em áreas de unidades de conservação integrais de uso sustentável. Ser vivo adulto Sapinho-da-restinga: pode atingir até 1,6 cm de comprimento.

Sapinho-da-restinga (Dendrophryniscus leucomystax). Essa espécie é encontrada na floresta de restinga e seus girinos só se desenvolvem na água com pH ácido, característica desse bioma.

*Extração de areia para indústria do vidro e construção civil. Recursos naturais e biodiversidade

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. O que são biomas? 2. Que fatores determinam o tipo de bioma de uma região? 3. Explique como as diferenças entre os biomas contribuem com a diversidade biológica. 4. Reescreva as frases abaixo no caderno, substituindo o símbolo ( ) pelo nome do bioma terrestre correto. a pluviosidade é muito baixa e a temperatura é muito alta durante todo o ano. A a ) No vegetação é dispersa e composta de plantas suculentas e arbustos secos. são grandes campos abertos localizados em regiões temperadas, com pluviosib ) As dade regular, invernos frios e verões quentes. A vegetação é composta basicamente de gramíneas. possuem alta pluviosidade durante todo o ano e baixa sazonalidade. A vegetação c ) As é perene e rica em espécies de árvores, arbustos lenhosos e herbáceos. predominam temperaturas muito frias durante todo o ano e baixa pluviosidade. A d ) Na vegetação é dominada por pequenas plantas rasteiras e pequenos arbustos. e ) Nas a pluviosidade e a temperatura são maiores durante o verão. A vegetação é composta principalmente de gramíneas, arbustos espinhosos e pequenas árvores de distribuição dispersa. possui sazonalidade marcante e precipitação equilibrada ao longo de todo o ano. A f) A vegetação é composta de árvores decíduas, arbustos e herbáceas. a pluviosidade é baixa, o inverno é rigoroso e longo e o verão, moderado e curto. g ) Na A vegetação possui poucas espécies de árvores perenes, como as coníferas.

5. O desmatamento é uma das atividades humanas que mais contribuem para a redução dos biomas no Brasil. Observe o gráfico e a tabela abaixo e, em seguida, responda às questões. Áreas desmatadas em relação à área original da Floresta Amazônica, entre 1970 e 2013 4,8%

12,8%

Renan Fonseca

82,4%

Área original remanescente em 2013 Área devastada até 2000 Área devastada entre 2000 a 2013

Fonte: RAISG Red Amazónica de Información Socioambiental Georreferenciada. Deforestación en la Amazonía (1970-2013). São Paulo: Instituto Socioambiental, 2015. p. 17.

Desmatamento observado na Mata Atlântica (1985-2014) Total desmatado (ha)

Intervalo (anos)

2013-2014

18 267

1

18 267

2012-2013

23 948

1

23 948

2011-2012

21 977

1

21 977

2010-2011

14 090

1

14 090

2008-2010

30 366

2

15 183

2005-2008

102 938

3

34 313

2000-2005

174 828

5

34 966

1995-2000

445 952

5

89 190

Período

Taxa anual (ha)

1990-1995

500 317

5

100 063

1985-1990

536 480

5

107 296

Fonte: ATLAS dos remanescentes florestais da Mata Atlântica período 2013-2014. Fundação SOS Mata Atlântica; Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São Paulo, 2015, p. 28.

a ) Estima-se que, originalmente, a Mata Atlântica cobria 131 500 000 hectares do território brasileiro. Atualmente, estima-se que restam aproximadamente 20 milhões de hectares. A partir dessa informação e da análise dos dados apresentados acima, qual dos biomas teve a maior parte de sua área original desmatada? b ) Considerando que a extensão da Floresta Amazônica no território brasileiro corresponde a aproximadamente 500 milhões de hectares, e com base no gráfico acima, quanto da área original desse bioma já foi desmatada? c ) Pode-se afirmar que o desmatamento na Floresta Amazônica e na Mata Atlântica está diminuindo? Por quê? d ) A Mata Atlântica abriga diversas áreas de restingas e manguezais. Qual é a importância desses biomas?

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6. (UEM-PR) Considerando os diferentes biomas e ecossistemas, escreva no caderno o que for

tais brasileiros, os quais são mostrados na Figura 5.

Mapa do Brasil dividido em biomas

Assinale a alternativa correta em relação aos biomas continentais brasileiros, mostrados na Figura 5. a ) O bioma 1 caracteriza-se por apresentar uma floresta 1 3 com vários estratos ou andares formados pelas copas das árvores. 2 b ) O bioma 2 caracteriza-se por ser uma floresta pouco diversificada, porém com espécimes vegetais de copas 4 5 altas e com grande quantidade de primatas. c ) No bioma 6 encontramos uma mata constituída principalmente por representantes de gimnospermas e fauna tipicamente arborícola. 6 Figura 5. d ) Dentre todos os biomas apresentados, o indicado pelo Fonte: RS Biodiversidade. Biomas do Brasil. Disponível em: número 5 é o que se encontra mais preservado em <www.biodiversidade.rs.gov.br/arquivos/1161807794biomas termos de flora e fauna. _br.jpg>. Acesso em: 30 set. 2014. Adaptado. e ) No bioma 3 encontra-se uma vegetação tipicamente constituída por gramíneas e árvores de pequeno porte, com casca espessa e limbo foliar amplo.

Renan Fonseca

7. (Udesc-SC) Segundo o IBGE existem seis biomas continen-

Unidade 4

correto. 01 ) No deserto, como o Saara, a vegetação é pouco abundante e várias plantas se desenvolvem apenas nos curtos períodos de disponibilidade de água. A fauna é pobre, sendo constituída basicamente por alguns artrópodes, répteis e mamíferos. 02 ) No Cerrado brasileiro, as árvores são de tronco liso, formam agrupamentos densos, compactos e alcançam grandes alturas. O lobo-guará e o tamanduá-bandeira não são encontrados nesse bioma. 04 ) Na Tundra, que ocorre próxima à calota polar do hemisfério Norte, o clima é muito frio e seco, e as plantas herbáceas dividem o ambiente com musgos e liquens, que servem de alimento para o boi-almiscarado. 08 ) Nas Florestas Temperadas, com árvores caducifólias, como o carvalho, o clima é caracterizado por quatro estações bem definidas, o solo é rico em matéria orgânica e, enquanto muitas aves migram no inverno, os ursos hibernam. 16 ) O Pantanal apresenta fauna muito rica e grande número de indivíduos por espécie. O material orgânico trazido pelas inundações periódicas ocasionadas pelas águas que extravasam dos rios da bacia do rio Paraguai contribui para a fertilidade do solo.

8. (UEL-PR) O mosaico botânico brasileiro resulta da expansão e da retração de florestas, cerrados e caatingas, provocadas pela alternância de climas úmidos e secos nas regiões tropicais durante os períodos glaciais. Com base nessas considerações, analise a tabela a seguir. Bioma

Temperatura média anual (oC)

Pluviosidade média anual (mm)

Solo

Vegetação

X

25

800

Possui nutrientes, porém sem capacidade de reter umidade

Árvores e arbustos caducifólios e redução da superfície foliar

Y

26

1 200

Ácido, rico em alumínio

Árvores com caules retorcidos, com cascas grossas e folhas coriáceas

Z

28

2 000

Pobre em minerais

Árvores de grande porte com folhas largas e perenes e maior densidade no estrato arbustivo

Com base na tabela, a alternativa que apresenta, correta e respectivamente, a sequência dos biomas representados pelas letras X, Y e Z é: a ) Caatinga, Cerrado e Floresta.

b ) Caatinga, Floresta e Cerrado.

d ) Floresta, Caatinga e Cerrado.

e ) Floresta, Cerrado e Caatinga.

c ) Cerrado, Caatinga e Floresta.

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9. (UEM-PR) Sobre a distribuição geográfica de alguns animais, é correto afirmar que 01 ) os ornitorrincos são animais metatérios, ovíparos e que não amamentam os filhotes, sendo encontrados na Austrália e na Nova Guiné. 02 ) a Tundra, localizada no hemisfério norte e caracterizada por vegetação rasteira, constituída de liquens e musgos, apresenta fauna constituída de aves migratórias, renas, alguns insetos e roedores que hibernam. 04 ) zebras e leões ocorrem em locais com arbustos e gramíneas, como o bioma pradaria. 08 ) o tamanduá-bandeira, o tatu-canastra e a siriema são animais encontrados no Cerrado brasileiro, composto de árvores de pequeno porte e arbustos esparsos, tortuosos e de casca grossa. 16 ) o pantanal brasileiro, situado entre o sul do Mato Grosso e noroeste do Mato Grosso do Sul, abriga peixes como o pintado e o dourado, além de jacarés, capivaras e ariranhas.

10. (Udesc-SC) Analise as seguintes proposições a respeito dos biomas brasileiros. I ) A Floresta Amazônica é a maior floresta tropical do mundo, com árvores de grande porte, cipós e epífitas. II ) A Mata Atlântica é uma floresta tropical situada ao longo da costa brasileira. É rica em espécies animais e vegetais e encontra-se em alto grau de conservação. III ) A Caatinga é uma região de clima semiárido, no Nordeste, com xerófitas (cactáceas), sendo a desertificação a principal ameaça a esse ecossistema. IV ) O Cerrado, no Brasil central, é um campo com árvores esparsas, de caules tortuosos e raízes profundas. V ) Os Pampas, no Rio Grande do Sul, possuem a vegetação dominante de babaçu, carnaúba e buriti. Assinale a alternativa correta. a ) Somente as afirmativas I, III e IV são verdadeiras. b ) Somente as afirmativas I, II e V são verdadeiras. c ) Somente as afirmativas II e III são verdadeiras. d ) Somente as afirmativas IV e V são verdadeiras. e ) Somente a afirmativa II é verdadeira.

11. (UEM-PR) Sobre os biomas brasileiros, assinale o que for correto. 01 ) Os Pampas são característicos da região Sudeste e ocupam principalmente as áreas de planalto. São formados por uma vegetação de árvores de porte médio. 02 ) Nas áreas da Floresta de Araucárias, em decorrência dos baixos índices pluviométricos (cerca de 500 mm mensais), predominam as palmeiras, como o babaçu, o buriti, a oiticica e a carnaúba. 04 ) A seringueira, de onde se extrai o látex, é uma das árvores típicas da Floresta Amazônica, no território brasileiro. 08 ) A vegetação do Cerrado caracteriza-se pela baixa fertilidade natural dos solos e predomina nas regiões do Brasil Central. 16 ) Os Manguezais desenvolvem-se principalmente em áreas de clima tropical e fornecem matéria orgânica para as diversas espécies desse bioma.

Refletindo sobre o capítulo

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Qual(is) o(s) tipo(s) de bioma(s) terrestre(s) que não pode(m) ser associado(s) à área apresentada na imagem da página 232? B Qual é a principal consequência da destruição dos biomas terrestres no que se refere à biodiversidade? C É possível afirmar que todo ambiente terrestre, de Deserto a Floresta Tropical Pluvial, é importante para a manutenção da biodiversidade? Por quê? D Quando os portugueses chegaram ao Brasil, em 1500, a vegetação da Mata Atlântica cobria cerca de 1,3 milhão de km². Algumas estimativas indicam que hoje há entre 7% e 13% de remanescentes de sua vegetação. Além disso, há mais de 100 milhões de pessoas vivendo onde antes havia somente a vegetação nativa. Explique de que forma isso impacta na biodiversidade desse bioma.

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Unidades de conservação e biodiversidade

Atualmente, reportagens e campanhas publicitárias promovendo a conservação da natureza são muito comuns em diversos meios de comunicação, como televisão e internet. Além desses recursos, existem também locais específicos designados à proteção de áreas naturais, que desempenham um papel ainda mais efetivo na conservação da biodiversidade e do ambiente. São as Unidades de Conservação (UCs), áreas estabelecidas pelo governo brasileiro, organizadas pelo Sistema Nacional de Unidades de Conservação da Natureza (SNUC) e gerenciadas pelo Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio).

Comente com os alunos sobre a seção Biologia e Ambiente da página 243, que cita o trabalho da Reserva Biológica Poço das Antas na recuperação da população de mico-leão-dourado, na Mata Atlântica. Unidade 4

Trocando ideias

As UCs, de acordo com seus objetivos específicos, dividem-se em dois grupos: proteção integral e uso sustentável. As UCs de proteção integral têm como objetivo primordial a conservação da natureza, sendo permitido somente o uso indireto dos recursos naturais, ou seja, aqueles que não envolvem consumo, coleta ou dano, tais como turismo ecológico, pesquisa científica e visitas educacionais. Já nas UCs de uso sustentável, ao mesmo tempo que se propõe a conservação da natureza, pode-se utilizar parte dos recursos naturais, desde que esse uso não comprometa o equilíbrio e a disponibilidade dos recursos naturais. Entre esses dois grupos, existem diferentes classificações para as UCs. Veja o quadro abaixo. UCs de proteção integral

UCs de uso sustentável

Estação Ecológica (ESEC)

Área de Proteção Ambiental (APA)

Reserva Biológica (REBIO)*

Área de Relevante Interesse Ecológico (ARIE)

Parque Nacional (PARNA)

Floresta Nacional (FLONA)

Monumento Natural (MN)

Reserva Extrativista (RESEX)

Refúgio da Vida Silvestre (REVIS)

Reserva da Fauna (REFAU)

Para conhecer detalhes e exemplos de cada tipo de UC nos diferentes biomas brasileiros, acesse:

••<http://tub.im/n569be>. Acesso em: 2 maio 2016.

Reserva do Desenvolvimento Sustentável (RDS) Reserva Particular do Patrimônio Natural (RPPN)

Ser vivo adulto Papagaio-de-cara-roxa: pode atingir 36 cm de comprimento. Renato Soares/Pulsar

O Parque Nacional do Pantanal mato-grossense, o único presente no bioma Pantanal, é uma UC que protege o ecossistema de queimadas, desmatamentos e da caça ilegal, promovendo, assim, a conservação de espécies como o cervo-do-pantanal (Blastocerus dichotomus), a onça-pintada (Panthera onca), o tatu-canastra (Priodontes maximus) e o tamanduá-bandeira (Mymecophaga tridactyla). Além disso, permite a realização de pes­q uisas científicas, ações educacionais e turismo ecológico. Geralmente, as Áreas de Preservação Ambiental, as quais são extensas e com certo grau de ocupação humana, têm como objetivo proteger a biodiversidade e educar as populações locais para o uso equilibrado dos recursos naturais, destacando a importância destes tanto para a cultura local quanto para a natureza. Também possibilitam a pesquisa científica e a visitação. A APA de Ibirapuitã, no Rio Grande do Sul, é muito importante para os Pampas por constituir uma das únicas áreas de conservação desse bioma. A APA de Guaraqueçaba, no Paraná, reúne áreas de restinga e manguezais da Mata Atlântica, sítios arqueológicos, estuários e comunidades locais, além de abrigar outras UCs, como o PARNA do Superagui.

• •Faça

uma pesquisa sobre as UCs presentes na região onde você mora. Descreva a qual grupo elas pertencem, como são classificadas, que atividades podem ser desenvolvidas nelas e que espécies estão sendo conservadas.

O papagaio-de-cara-roxa (Amazona brasiliensis) é uma das espécies conservadas na APA de Guaraqueçaba.

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Constantin Emile Meunier. 1890. Óleo sobre tela. 81 x 94,5 cm. Museu d’Orsay, Paris (França). Fotografia: Bridgeman Images/Easypix

capítulo

MEUNIER, Constantin Emile. No país negro, 1890. Óleo sobre tela, 81 ✕ 94,5 cm. Museu d´Orsay, França.

A) A implementação de fábricas e cidades trouxe mais renda para a região, provavelmente gerando empregos e promovendo o desenvolvimento dela. B) As fábricas e a extração de carvão mineral foram responsáveis pela poluição atmosférica, claramente retratada na pintura. Isso pode ter prejudicado a vegetação, que precisou ser retirada para a construção das cidades, e pode ter afetado os animais que lá viviam. C) A situação piorou, pois, além de terem sido criadas mais fábricas, houve a expansão das áreas urbanas, que provocou desmatamento e o emprego de petróleo na geração de energia. Com isso, a quantidade de poluentes na atmosfera aumentou muito, como apresenta o texto.

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Problemas ambientais e biodiversidade O título da pintura acima, No país negro, se refere a uma região belga chamada Borinage, que, no século XIX, foi transformada devido à descoberta de jazidas de carvão mineral. A partir dessa descoberta, fábricas passaram a se estabelecer no local e cidades foram construídas ao redor. Além disso, a zona rural foi devastada, conferindo um aspecto obscuro à cidade, como retratado por Meunier. Durante a Revolução Industrial, no século XIX, os países europeus passaram a conviver com os poluentes gerados pela industrialização. Sobre isso, leia o trecho do texto a seguir.

[...] Um importante elemento da Revolução Industrial foi a passagem do uso de combustíveis sustentáveis para o emprego do carvão (e, mais tarde, petróleo) como fonte de energia. Entre a metade do século XIX e a metade do século XX, a queima de combustíveis fósseis e o desmatamento extensivo acrescentaram cerca de 9 × 1010 toneladas de dióxido de carbono (CO2) à atmosfera, e muito mais foi adicionado desde então. A concentração de CO2 na atmosfera antes da Revolução Industrial [...] era de 280 ppm [partes por milhão], [...] mas ela aumentou para aproximadamente 370 ppm na virada do milênio e ainda está crescendo [...]. BEGON, Michael; TOWNSEND, Colin R.; HARPER, John L. Ecologia: de indivíduos a ecossistemas. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2007. p. 52.

A B C D

Em sua opinião, que benefícios a implementação de fábricas e cidades, na região belga retratada na pintura acima, trouxe à região? Que prejuízos o aumento de fábricas na Europa durante a Revolução Industrial causou ao ambiente? Você considera que, em relação à poluição, a situação atual encontra-se muito diferente? Cite dois problemas que a poluição atmosférica causa ao ambiente.

Possíveis respostas: intensificação do efeito estufa, inversão térmica, chuva ácida e buraco na camada de ozônio.

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O ser humano e os problemas ambientais Recurso é algo que é retirado do ambiente para atender às necessidades humanas, tais como alimentação, energia, transporte e comunicação. Os recursos naturais podem ser classificados como: recursos perenes, que se renovam continuamente em curto espaço de tempo, como a água corrente, a luz solar e o vento; recursos renováveis, como o ar, a água, o solo e os produtos florestais; recursos não renováveis, como o carvão mineral, o petróleo, o gás natural, os metais extraídos da crosta terrestre.

Unidade 4

Com base nessas informações, pode-se levantar duas questões: o ser humano tem explorado esses recursos naturais com responsabilidade? Esses recursos estarão disponíveis para as gerações seguintes? Esses questionamentos chamaram a atenção para problemas envolvendo o uso dos recursos naturais. O canadense William Rees (1943-) e o suíço Mathis Wackernagel (1962-) foram os primeiros a utilizarem a expressão “pegada ecológica”, no ano de 1990, para fazer referência à quantidade de superfície terrestre (água e solo) necessária não só para fornecer os recursos naturais a uma pessoa ou sociedade, mas também para absorver os resíduos por ela produzidos. Trata-se de um indicador do impacto ambiental causado pela utilização dos recursos naturais. A pegada ecológica é um conceito que envolve tanto a utilização dos recursos naturais como a interferência do ser humano no ambiente e suas consequências. Todos nós utilizamos recursos naturais direta ou indiretamente, seja nos meios de transporte, durante o banho, quando acendemos uma lâmpada ou enquanto nos alimentamos. As pegadas ecológicas da sociedade atual ultrapassam a capacidade da Terra de repor suas perdas e de se recuperar, porque há uma grande produção e um consumo excessivo dos recursos renováveis, e uma consequente geração de resíduos, que se acumulam no ambiente prejudicando os seres vivos.

Pavels Arsenjans/ Shutterstock.com

1. Pense nas atividades que realiza em seu dia a dia. Liste, no caderno, as atividades que envolvem o uso de combustíveis fósseis (derivados de petróleo e carvão mineral), os que lançam poluentes na atmosfera ou na água e ainda aqueles que geram resíduos. Resposta pessoal.

2. Baseando-se no conceito de pegada ecológica, qual seria o tamanho de sua pegada: pequena, média ou grande? Ela poderia ser considerada ecológica? Resposta pessoal. 3. Cite uma forma de reduzir o tamanho da sua pegada ecológica e converse sobre isso com os colegas. Resposta pessoal.

Símbolo que representa a pegada ecológica.

Veja uma sugestão de como trabalhar a pegada ecológica nas questões 2 e 3 nas Orientações para o professor.

Por meio do uso inadequado e da exploração exagerada dos recursos naturais, o ser humano vem causando diversos problemas ambientais. O desenvolvimento das cidades foi acompanhado pelo crescimento da população, que promoveu o desperdício de recursos e influenciou no aumento da pobreza. Todas as pessoas possuem os mesmos direitos perante as leis brasileiras e internacionais, entretanto, muitas delas não têm acesso a condições básicas para se manterem no dia a dia. A pobreza e a miséria influenciam e são influenciadas pelos problemas ambientais. Para sobreviver, as pessoas buscam no ambiente os recursos de que necessitam, e, com isso, acabam degradando áreas como florestas, e afetando diversos seres vivos. Muitas pessoas também são afetadas por esses problemas ambientais, principalmente as que não têm acesso a condições de saneamento básico e serviços de saúde adequados, o que ocasiona uma grande taxa de doenças e de mortalidade, sobretudo infantil. Recursos naturais e biodiversidade

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História

Revolução Industrial e poluição

Encontro com...

A Revolução Industrial iniciou-se na Inglaterra no século XVIII, e se estendeu para outros países europeus e também para os Estados Unidos, ao longo do século XIX. Esse período se caracterizou por um intenso desenvolvimento industrial nos centros urbanos, cujas invenções permitiram mecanizar os métodos de produção e de transporte, com o aperfeiçoamento das máquinas a vapor e o uso de combustíveis fósseis para a geração de energia.

Clarence O. Becker Archive/ Alamy Stock Photo/Latinstock

Embora o uso de novas tecnologias representasse um avanço no desenvolvimento econômico desses países, a Revolução Industrial também exigiu a exploração de recursos naturais. Com isso, a queima de combustíveis fósseis, o uso das máquinas a vapor e o consequente desmatamento au­ men­ taram a emissão de grandes quantidades de gases po­ luentes na atmosfera. E esse quadro tem se intensificado nas últimas décadas. Locomotiva a vapor, nos Estados Unidos, em 1888. A locomotiva movida a vapor é um dos símbolos da Revolução Industrial.

Área da superfície da Terra coberta por água

Água Já estudamos a importância da água e de seu ciclo – o ciclo hidrológico. Também vimos que a água é um recurso natural renovável. Observe, no gráfico ao lado, a quantidade de água existente no planeta.

solo

23%

E. Cavalcante

água 77%

4. A quantidade de água mostrada nesse gráfico está disponível para os seres vivos consumirem? Explique.

Fonte: BRAGA, B.; TUNDISI, J. G. (Orgs.). Águas doces no Brasil: capital ecológico, uso e conservação. São Paulo: Escrituras, 2002.

Distribuição de água doce na Terra outros reservatórios 0,9%

subterrânea 29,9%

Apesar de a água ser um recurso abundante no planeta, apenas 2,5% dela é considerada doce e encontra-se em rios, lagos, lagoas, geleiras, chuvas ou na atmosfera. O restante é encontrado em mares e oceanos. No entanto, nem toda a água considerada doce é apropriada ao consumo humano. Veja ao lado. Por meio do gráfico, vemos que aproximadamente 68,9% da água doce existente na Terra se encontra em geleiras, subsolos congelados e coberturas permanentes de gelo, ou seja, está indisponível ao consumo humano.

calotas polares e geleiras 68,9% Camila Ferreira

Não, a maior parte dessa água é salgada e a maioria da água doce não é apropriada para os seres vivos.

rios e lagos 0,3%

Fonte: BRAGA, B.; TUNDISI, J. G. (Orgs.). Águas doces no Brasil: capital ecológico, uso e conservação. São Paulo: Escrituras, 2002. p. 8.

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Água e problemas ambientais Poluição da água

••Oceanos e mares

Além da poluição, a pesca ilegal e exagerada interfere na biodiversidade desses ecossistemas.

Unidade 4

Muitas pessoas vivem nas áreas litorâneas em todo o planeta, o que faz aumentar a quantidade de fontes poluidoras. Nesse ambiente, existem diversas formas de interferências humanas, como o lançamento de resíduos provenientes de esgoto e de atividades industriais. Além disso, a exploração e a extração de alguns recursos naturais, como o petróleo, podem acarretar acidentes ou vazamentos de poluentes, cujas consequências são consideráveis e podem causar um impacto negativo na diversidade biológica, pois vários elementos das cadeias alimentares são afetados.

jeremy sutton-hibbert/Alamy Stock Photo/Latinstock

Nos oceanos e mares, encontram-se alguns dos ecossistemas mais complexos da biosfera, com grandes cadeias alimentares. Entretanto, o ser humano tem interferido diretamente nessas relações e no equilíbrio desses ecossistemas.

Atuns pescados ilegalmente em navio pesqueiro no Japão. Além de afetar a cadeia alimentar, a pesca descontrolada leva à diminuição da diversidade de espécies.

Outro problema é a expansão urbana nas áreas costeiras, que afetam diretamente os manguezais e os recifes de corais. Como não há um planejamento adequado para o crescimento dessas cidades, ocorre um aumento populacional que leva à degradação rápida desses ambientes.

••Tratamento de esgoto Por muito tempo, a humanidade viveu sem condições básicas de higiene e de esgotamento sanitário. Acredita-se que os primeiros banheiros com esgoto canalizado tenham surgido no século IV a.C., na Índia. Naquela época, as pessoas não associavam as práticas de higiene à ocorrência de doenças porque não acreditavam que a água pudesse veicular doenças. Na Europa, durante a Idade Média, os resíduos se acumulavam ao redor das cidades, ocasionando a proliferação de vetores de doenças, como os ratos, responsáveis pela transmissão da bactéria Yersinia pestis, causadora da peste bubônica. Entre os séculos XII e XIV, algumas cidades europeias, como Paris e Praga, passaram a receber pavimentação para que ficassem limpas e alinhadas. Junto com essas obras, foram construídos sistemas de drenagem pública para escoar a água de origem doméstica. No entanto, a distribuição de água só passou por melhorias com o Renascimento. Somente no século XIX, na Europa, iniciou-se um sistema de tratamento dos efluentes de origem doméstica, pois as pessoas perceberam que a destinação inadequada das fossas ocasionava a contaminação da água e o aparecimento de doenças. Tal fato foi comprovado quando o inglês John Snow (1813-1858) demonstrou que a cólera era transmitida por meio da água proveniente de um poço localizado no centro de Londres. Naquela época, mais de 500 pessoas haviam falecido em decorrência da cólera. O advento da Microbiologia também colaborou com os conhecimentos sobre microrganismos vetores de doenças. Entre as doenças relacionadas à água contaminada estão a cólera e a febre tifoide. As larvas de esquistossomo também penetram a pele quando o ser humano entra na água contaminada, causando a esquistossomose. Recursos naturais e biodiversidade

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Rubens Chaves/Pulsar

Como vimos, o esgoto doméstico é um dos principais responsáveis pela poluição da água, sobretudo, por causa de seu despejo sem tratamento prévio. A composição do esgoto é extremamente variável; além da fração líquida (água, detergente, óleos e gorduras), o esgoto doméstico é composto de partículas macroscópicas – fragmentos de rochas, restos de vegetação, dejetos humanos e outros resíduos destinados incorretamente –, além de diversos microrganismos que podem causar doenças.

Água com espuma por causa do despejo de detergente no Complexo Turístico da Cachoeira de Salto, em Salto, São Paulo, em 2014.

*Atualmente, a adubação excessiva de áreas agrícolas com nitrogênio e fósforo é um dos principais motivos causadores da eutrofização por ação antrópica.

Os efluentes industriais sem tratamento também contribuem para a poluição da água. O tratamento do esgoto consiste na remoção dos poluentes. Muitas cidades brasileiras não possuem um sistema que garante o total tratamento do esgoto doméstico produzido. Além disso, o problema é agravado pela ausência de um sistema pluvial (que separa a água da chuva e a destina ao tratamento e/ou uso). Nesse caso, o produto do esgoto se mistura à água da chuva não tratada e escoa pelos rios urbanos. Um problema relacionado à poluição da água é a eutrofização, que consiste no excesso de nutrientes na água. Ela pode ocorrer naturalmente ou ser acelerada pela interferência humana.* O excesso de matéria orgânica (nutrientes) oriundos da poluição causa a multiplicação das algas, que, quando morrem, começam a se decompor, dando origem à proliferação de microrganismos decompositores que consomem gás oxigênio. Além de a água ficar esverdeada e com mau cheiro, proveniente da decomposição, a insuficiência de gás oxigênio e o excesso de nutrientes podem afetar os peixes e outras plantas aquáticas e, por consequência, toda a cadeia alimentar.

Biologia e Ambiente

Eutrofização cultural

Fabio Colombini

A eutrofização cultural refere-se à maneira como a interferência humana é capaz de acelerar o processo de eutrofização em um lago. Atividades agrícolas e urbanas, tais como confinamento de animais, escoamento de plantações contendo fertilizantes e despejo de esgoto, potencializam a entrada de nutrientes em um lago. A alta concentração desses nutrientes favorece a explosão populacional de algas e plantas aquáticas, que diminuem a entrada de luz solar no lago, necessária à fotossíntese do fitoplâncton nativo. Além disso, quando essas algas e plantas morrem, induzem um aumento nas populações de bactérias aeróbias decompositoras, que esgotam o gás oxigênio dissolvido no lago. A ausência desse gás causa a morte de indivíduos aeróbios e permite o estabelecimento de bactérias anaeróbias, que produzem diversos compostos tóxicos e malcheirosos. Portanto, as condições ambientais e a biodiversidade desse lago são drasticamente impactadas pela eutrofização cultural. Para evitar a eutrofização cultural, é necessário prevenir ao máximo a entrada de nutrientes em lagos, e utilizar sistemas de tratamento para amenizar o efeito do despejo de efluentes.

Lago afetado por eutrofização cultural em Maragogipe, Bahia, em 2013.

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Ar A atmosfera terrestre é a camada de ar que envolve a Terra e é fundamental para a existência de vida no planeta. Ela é composta de gases essenciais aos seres vivos e é responsável por manter a temperatura em valores adequados à vida. Veja, a seguir, a composição do ar atmosférico.

Gás oxigênio: corresponde a cerca de 20,95% do ar atmosférico. É essencial na respiração de muitos seres vivos, além de participar da combustão de diversos materiais. Ele é composto de duas moléculas de oxigênio (O 2). Fonte: MOURÃO, R. R. F. Dicionário enciclopédico de Astronomia e Astronáutica. 2. ed. Rio de Janeiro: Nova Fronteira, 1995.

Gás carbônico: compõe cerca de 0,03% do ar atmosférico. Participa da fotossíntese e também auxilia a manter a temperatura do planeta Terra. As moléculas do gás carbônico são formadas por um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio (CO 2). gás carbônico 0,03%

gás oxigênio 20,95% gás nitrogênio 78,08%

Unidade 4

Gases que compõem o ar atmosférico

outros gases 0,94%

Renan Fonseca

Outros gases: correspondem a 0,94% do ar atmosférico. Entre eles, podemos destacar o argônio, o neônio, o hélio, o criptônio, o xenônio, o gás hidrogênio, o óxido nitroso, o monóxido de carbono, o dióxido de nitrogênio, o dióxido de enxofre, o ozônio e o vapor de água.

Gás nitrogênio: compõe cerca de 78,08% do ar atmosférico. Suas moléculas são formadas por dois átomos de nitrogênio (N 2). O elemento químico nitrogênio participa da constituição das moléculas de proteínas e de material genético dos seres vivos. Apesar de ser um gás abundante, a maioria dos seres vivos não é capaz de absorvê-lo diretamente do ar atmosférico.*

Um componente da atmosfera muito importante para os seres vivos é a camada de ozônio. A luz solar emite radiação ultravioleta (UV), responsável pela formação e destruição do gás ozônio. Esse gás se concentra na atmosfera terrestre entre 17 a 27 km de altitude, formando a camada de ozônio, que absorve grande parte da radiação ultravioleta – danosa aos seres vivos por causar mutações no DNA – e deixa passar apenas uma pequena fração que atinge a superfície terrestre. Veja abaixo.

Camada de ozônio**

camada de ozônio

Mauricio Loyola

radiação UV que atravessa a camada de ozônio

*Retome com os alunos o ciclo do nitrogênio. Relembre que algumas bactérias são capazes de captar o gás nitrogênio do ar atmosférico e transformá-lo em outros compostos, disponibilizando-os às plantas.

**Se considerar pertinente, retome com os alunos o ciclo do oxigênio. radiação UV

luz solar Ilustração produzida com base em: BROWN, T. et al. Química: a ciência central. 9. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005. p. 820. Tempo e clima. Rio de Janeiro: Abril, 1995. (Time Life). p. 10-13.

Recursos naturais e biodiversidade

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Outro aspecto importante do ar atmosférico está relacionado à temperatura do planeta Terra, em um fenômeno chamado de efeito estufa natural. Quando a radiação solar atravessa a atmosfera, parte dela é retida por alguns gases atmosféricos, aquecendo o planeta. Da radiação solar que chega à superfície terrestre, parte dela retorna ao espaço. O restante é absorvido pelo vapor-d’água e por gases do efeito estufa, entre eles o CO 2, e retorna à superfície na forma de calor. Veja abaixo.

Luciane Mori

Efeito estufa natural calor irradiado

Ilustração produzida com base em: U.S Global Change Research Program. Disponível em: <www. globalchange.gov/ browse/ multimedia/ human-influencegreenhouseeffect-0>. Acesso em: 9 maio 2016.

calor retido luz solar

A temperatura média da superfície da Terra é de cerca de 15 o C. Além do efeito estufa natural, em que parte da energia térmica proveniente da radiação solar é perdida e outra é retida, há uma diferença de temperatura entre a superfície terrestre e o espaço (–200 oC, aproximadamente), que auxilia a manter a temperatura da Terra adequada à vida. Sem a energia do Sol e o efeito estufa natural, a Terra se resfriaria e impediria a existência da maioria das formas de vida que encontramos atualmente. Entre os gases que promovem o efeito estufa natural estão o gás carbônico e o gás metano.

Ar e problemas ambientais

Panela no fogo.

5. O que as situações acima têm em comum? Elas envolvem a combustão.

Área agrícola sendo queimada com o objetivo de renovar o solo, na Reserva Indígena da Guarita, em Redentora, Rio Grande do Sul, em 2014.

Paolo Bona/Shutterstock.com

Maria Uspenskaya/Shutterstock.com

Gerson Gerloff/Pulsar

Observe as fotografias a seguir.

Escapamento de veículo emitindo fumaça.

A expansão das cidades e o desenvolvimento de tecnologias fizeram aumentar a necessidade de energia no dia a dia. Em diversas atividades cotidianas, como ao cozinhar um alimento, até no uso de um meio de transporte movido a combustível fóssil, utilizam-se recursos naturais, e esses processos envolvem o princípio da combustão dos materiais, que é a queima a partir do gás oxigênio atmosférico. A combustão é um tipo de reação química que libera gases e partículas. Muitos dos produtos dessa reação química são poluentes, os quais têm causado diversos problemas ao ambiente, como a poluição atmosférica, a intensificação do efeito estufa, a inversão térmica e a chuva ácida. Estudaremos cada um desses problemas a seguir.

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Buraco na camada de ozônio Como vimos, a camada de ozônio é responsável por filtrar os raios ultravioleta (UV) do Sol, bloqueando cerca de 99% da radiação. Todo esse processo faz parte do ciclo de ozônio, no qual ele é naturalmente formado e destruído. Veja. Formação do gás ozônio A molécula de gás oxigênio (O 2) absorve luz UV e produz átomos de oxigênio: O 2 (g)

UV

O+O

O + O 2 (g)

Unidade 4

Esses átomos de oxigênio reagem com o gás oxigênio, formando o gás ozônio (O 3): O 3 (g)

Destruição do gás ozônio A molécula de gás ozônio (O 3) absorve luz UV e produz gás oxigênio e átomos de oxigênio: O 3 (g)

UV

O 2 (g) + O

O átomo de oxigênio reage com o gás ozônio e produz gás oxigênio: O + O 3 (g)

O 2 (g) + O 2 (g)

Entretanto, em meados da década de 1970, pesquisadores descobriram que o nível de gás ozônio na atmosfera havia decrescido. A descoberta levou a mais estudos, que concluíram que havia se formado um “buraco” na camada de ozônio, isto é, havia regiões em que a concentração de gás ozônio havia diminuído. A isso dá-se o nome de rarefação da camada de ozônio. A principal área desse “buraco” encontrava-se sobre a Antártida, mas percebeu-se que esse problema afetava todo o planeta. Nessa mesma década, os níveis de ozônio sofreram uma redução de 3% na atmosfera.

F NA ce C e n S A /G o d d a r d S p a c k o ter/ SP L / L a t ins t

l ig

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A camada de ozônio tem sido afetada por causa de poluentes atmosféricos, que aceleram as reações de distribuição do ozônio, formando o chamado buraco na camada de ozônio. Veja. Destruição da camada de ozônio por meio de poluentes Considere um poluente X, que reage com o gás ozônio e se liga a um átomo de oxigênio: X + O3

XO + O 2

O poluente reage com átomos de oxigênio, voltando ao estado original: XO + O

X + O2

Entre as substâncias que destroem a camada de ozônio estão os gases conhecidos como CFCs (clorofluorcarbonetos), que eram utilizados em refrigeradores e condicionadores de ar. A partir de 1987, países de todo o mundo, incluindo o Brasil, comprometeram-se a eliminar essas substâncias de seus produtos.

“Buraco” na camada de ozônio. A parte azul-escura indica onde ocorreu grande diminuição na concentração do gás ozônio. Essa área se localiza sobre a Antártida.

Quando esses gases entram em contato com a radiação ultravioleta proveniente dos raios solares, ocorre a liberação de átomos de cloro na atmosfera, que destroem as moléculas de ozônio. Veja abaixo. A molécula de CFC absorve luz UV e libera átomos de cloro na atmosfera: C 2C 2F2

UV

CF2C + C

O átomo de cloro (C ) reage com o gás ozônio (O 3) e forma uma molécula de gás oxigênio (O 2), permanecendo ligado a um átomo de oxigênio (O): C + O3

C O + O2 Recursos naturais e biodiversidade

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Poluição do ar Os poluentes atmosféricos podem ser classificados em poluentes primários e poluentes secundários. Os poluentes primários são emitidos pelas fontes poluidoras diretamente para o ambiente (monóxido de carbono, fuligem, óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre, hidrocarbonetos, aldeídos). Os poluentes secundários resultam de reações dos poluentes primários com outros compostos químicos, como o gás ozônio. De acordo com os processos responsáveis pela liberação dos poluentes, a poluição atmosférica pode ser causada por fontes fixas ou móveis. As fontes móveis são fontes em movimento, como os veículos, trens, aviões e embarcações marítimas. Nas fontes fixas, os poluentes são lançados de um ponto específico, como chaminés, e, geralmente, provêm de processos industriais e de usinas termelétricas. Alguns gases são bastante poluentes, como os óxidos de nitrogênio (conhecidos como NO x). O óxido de nitrogênio (N 2O) é incolor e provém de fontes naturais, de motores a combustão, termelétricas, indústrias e fertilizantes. Seu aumento pode intensificar o efeito estufa, causando modificações climáticas em todo o planeta. O óxido nítrico (NO) é um poluente primário, incolor e inodoro, produzido naturalmente por microrganismos ou pela combustão. Ele pode reagir com o gás ozônio, destruindo a camada de ozônio, e é um dos principais gases do efeito estufa. O dióxido de nitrogênio (NO 2) tem coloração avermelhada, é tóxico e irritante para as mucosas, e está presente em altas concentrações nas grandes cidades. Entre os problemas relacionados aos óxidos de nitrogênio, destaca-se o smog fotoquímico (smoke = fumaça + fog = nevoeiro). Trata-se de um conjunto de reações químicas desses óxidos com compostos orgânicos voláteis, gerados a partir da combustão incompleta de hidrocarbonetos. Quando esses poluentes primários são liberados na atmosfera, reagem com o oxigênio, formando gás ozônio (O 3), ácido nítrico (HNO 3) e outros poluentes secundários.

Hung Chung Chih/Shutterstock.com

compostos orgânicos voláteis + NO + luz solar

O 3 + HNO 3 + substâncias orgânicas

É importante ressaltar que a camada de ozônio se localiza na estratosfera, onde é fundamental para filtrar os raios ultravioleta. Entretanto, na superfície terrestre, o gás ozônio pode afetar as plantas e, consequentemente, a fotossíntese. O smog ocorre em cidades com grande quantidade de veículos, alta incidência de luz solar e temperatura do ar elevada.

Centro da cidade de Shangai, na China, em 2014. Observe a névoa amarelada. Ela indica que há dióxido de nitrogênio no ar e que essa cidade é afetada pelo smog.

Os materiais particulados são partículas microscópicas líquidas ou gasosas, encontradas na atmosfera. Esse material pode ser proveniente de rochas ou do solo, da cinza de vulcões ativos e de motores de veículos, principalmente os que utilizam óleo diesel. São exemplos de material particulado o óxido de nitrogênio e o óxido de enxofre, que reagem com compostos orgânicos voláteis e se transformam nos ácidos nítrico e sulfúrico, respectivamente. Esses materiais reagem com a amônia e formam sais de sulfato e de nitrato que permanecem em suspensão na atmosfera. A amônia (NH 3) é um gás incolor que possui odor forte e existe em quantidades significativas na atmosfera terrestre. Ela provém da decomposição da matéria orgânica, das fezes dos animais, dos fertilizantes nas lavouras e da queima de biomassa. A amônia reage com ácidos atmosféricos, como o ácido sulfúrico e o ácido nítrico, neutralizando-os e formando sulfato e nitrato, respectivamente. Forma-se o íon amônio (NH 4+), um material particulado muito fino.

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Biologia e Saúde

Poluentes atmosféricos e a saúde humana

Leia o trecho da reportagem abaixo.

Unidade 4

[...] Há 60 anos, no dia 4 de dezembro de 1952, um imenso smog cobriu Londres. Causado principalmente pela queima de carvão e lenha, a fumaça só foi dispersada no dia 10, desencadeando uma forte crise de saúde na cidade. Pelo menos 4 mil pessoas morreram prematuramente por causa da poluição; 15 mil pessoas ficaram doentes e, nos meses seguintes ao smog, estima-se que o número de mortes ultrapassou 7 mil. [...] Usinas foram realocadas em locais mais distantes dos centros urbanos, a regulação tornou o processo industrial menos poluente, e Londres proibiu queima de combustível poluente em algumas regiões da cidade. [...]

Central Press/Stringer/Hulton Archive/Getty Images

CALIXTO, Bruno. Ar da Europa já foi tão poluído quanto o da China. O que mudou? Blog do Planeta, 20 jan. 2013. Disponível em: <http://colunas.revistaepoca.globo.com/planeta/2013/01/20/ar-da-europaja-foi-tao-poluido-quanto-o-da-china-o-que-mudou/>. Acesso em: 10 maio 2016.

Pessoas em Londres, Inglaterra, em 1952, durante o smog fotoquímico.

O exemplo acima é um dos casos mais famosos de mortes causadas por poluição atmosférica na história da humanidade desde a Revolução Industrial. De forma geral, os poluentes atmosféricos afetam principalmente o sistema respiratório. Eles estão associados a diversos problemas, como obstrução nasal, tosse, recorrência da asma, pneumonia, câncer de pulmão e também estão entre as causas de morte precoce decorrente de doenças cardiorrespiratórias, entre outros. Nos dias atuais, a maioria das pessoas passa o dia em lugares fechados. Nesses locais, a composição do ar é diferente das dos lugares abertos. Um composto encontrado em ambientes fechados é o formaldeído (CH 2O). Em ambientes abertos, ele é encontrado em concentrações pequenas, mas em ambientes fechados, sua concentração pode aumentar até 100 vezes. Ele é emitido pela fumaça de cigarro e por colas ou resinas de tapetes. Pode causar irritação nos olhos, no nariz, na garganta e na pele, e é frequentemente associado ao câncer. O dióxido de nitrogênio e o monóxido de carbono também são encontrados nas residências, pois são provenientes da queima de gás em fogões e aquecedores, e agravam doenças respiratórias. O monóxido de carbono tem afinidade pela molécula de hemoglobina do sangue, o que reduz sua capacidade de transportar gás oxigênio às células. A exposição ao monóxido de carbono pode causar dores de cabeça, cansaço e pode levar à morte. A fumaça do tabaco é composta de diversos poluentes, que podem afetar o sistema respiratório, e os componentes que ela libera estão relacionados a diferentes tipos de câncer. A poluição atmosférica não está presente somente em ambientes fechados, estamos expostos a ela dentro ou fora de nossas residências e, de qualquer maneira, ela causa diversos problemas de saúde. Recursos naturais e biodiversidade

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Inversão térmica Em dias normais, o ar mais próximo à superfície terrestre é aquecido e, com isso, torna-se menos denso, subindo para as camadas superiores. Os poluentes (também quentes) têm a tendência a subir e se dispersar. Em dias frios, ocorre a inversão térmica, na qual uma camada de ar quente fica sobre o ar mais frio. Os poluentes encontram a camada de ar quente, que bloqueia seu movimento, promovendo seu acúmulo próximo à superfície terrestre. Dessa forma, vemos que a inversão térmica tem contribuído para o agravamento dos níveis de poluição durante o inverno. ar frio

ar quente

poluente camada de ar quente ar frio

Ilustrações produzidas com base em: ROCHA, J. C. et al. Introdução à Química ambiental. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2009. p. 111.

Situação em dia sem inversão térmica.

Situação em dia com inversão térmica.

Chuva ácida A água da chuva natural tem pouca acidez, por causa do ácido carbônico formado na reação química com o gás carbônico da atmosfera. A intensificação da emissão de poluentes como o óxido de nitrogênio e o dióxido de enxofre, que se transformam nos ácidos nítrico e sulfúrico, respectivamente, torna a água da chuva mais ácida. O óxido de nitrogênio provém de termelétricas, fertilizantes e da combustão em motores. O uso de catalisadores diminui a emissão desse gás, pois ele é convertido em nitrogênio gasoso. Já o dióxido de enxofre é resultante da queima de carvão mineral nas termelétricas.

6. Possíveis respostas: o desenvolvimento de equipamentos que filtrem os gases nocivos emitidos por indústrias e automóveis, a substituição dos combustíveis fósseis por outros menos poluentes, a adoção de medidas que reduzam a utilização de veículos automotores, entre outras. 6. Cite duas medidas que poderiam reduzir a formação da chuva ácida.

1

Emissão de poluentes.

2

Ao entrar em contato com as gotículas de água presentes na atmosfera, o dióxido de enxofre e os óxidos de nitrogênio passam por diversas reações químicas, formando ácidos.

3

A solução aquosa, que se precipita em forma de chuva ácida, pode chegar a ser 1 000 vezes mais ácida do que a chuva natural.

2

3

Ilustrações: Luciane Mori

Formação de chuva ácida

1

Ilustração produzida com base em: Tempo e clima. Rio de Janeiro: Abril, 1995. (Time Life). p. 28-29.

Além de afetar as construções, a chuva ácida prejudica rios e lagos, alterando algumas características da água. Esse fenômeno pode causar a redução e até mesmo o desaparecimento de vegetais, peixes e outros seres vivos.

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Solo O solo se localiza na camada mais superficial da crosta terrestre e é formado por fragmentos de rochas, matéria orgânica, minerais, água, ar e seres vivos. Ele atua como suporte, abrigo e é o local de onde são retirados muitos alimentos.

Ricardo Azoury/Pulsar

[...] Os recursos extrativos na Amazônia estão sujeitos a dois tipos de extração: o de coleta e o de aniquilamento. No caso de coleta, a integridade da planta matriz geradora do recurso é mantida intacta. Como exemplo, pode ser mencionado o extrativismo da seringueira (Hevea brasiliensis M. Arg.) e da castanha-do-pará (Bertholletia excelsa HBK). [...]

Unidade 4

O ser humano depende do solo porque é o componente sobre o qual constrói sua moradia e é de onde obtém grande parte dos alimentos que consome. Entre as atividades humanas relacionadas ao solo está o extrativismo vegetal. Sobre esse assunto, leia o trecho do texto a seguir.

Outro tipo de extração é o de aniquilamento, em que há destruição da planta-matriz, objeto de interesse econômico. A extração madeireira, a do pau-rosa (Aniba rosaeodora Ducke) e a do palmito de açaizeiro (Euterpe oleracea) constituem exemplos dessa categoria. Quando essa extração supera a velocidade de recuperação [...] os estragos causados colocam em risco a sobrevivência da espécie, levando-a à extinção. Existem algumas espécies em que a extração é realizada tanto por aniquilamento como por coleta, dependendo da finalidade. Como exemplo desse caso típico, encontramos o açaizeiro, do qual são obtidos o palmito, por aniquilamento, e o vinho, pela coleta de seus frutos. HOMMA, Alfredo Kingo Oyama. Extrativismo, Biodiversidade e Biopirataria na Amazônia. Brasília: Embrapa, 2008. Disponível em: <www.embrapa.br/documents/1035106/1047819/texto27. pdf/0de35ee8-b5a1-4c2b-94d8-76eef846cc5d>. Acesso em: 9 maio 2016.

Jovem colhendo frutos de açaí no distrito de Caracará, na Ilha de Marajó, Pará, em 2015.

7. Qual é a vantagem da extração por coleta em relação à coleta por aniquilamento?

Plantação de cana-de-açúcar em Juazeiro, Bahia, em 2015.

Ale Ruaro/Pulsar

Wolfgang Kaehler/LightRocket/Getty Images

imageBROKER/Alamy Stock Photo/Latinstock

No Brasil, o solo é a base para a produção agrícola, para a pecuária e para o extrativismo, tanto vegetal quanto mineral.

7. A extração por coleta não elimina a planta, apenas parte dela. Já a coleta por aniquilamento leva a planta à morte.

Gado pastando em Pouso Alegre, Mato Grosso, em 2014.

Trabalhador realizando extração de calcário com maquinário em Caçapava do Sul, Rio Grande do Sul, em 2014.

Recursos naturais e biodiversidade

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Solo e problemas ambientais Substâncias tóxicas Muitas substâncias tóxicas podem estar presentes no solo. Como muitos produtores das cadeias alimentares se fixam no solo, as substâncias tóxicas podem contaminá-los. Assim, as plantas que farão parte da cadeia alimentar são afetadas e essas substâncias podem alcançar outros níveis dessa cadeia. Algumas substâncias, como metais pesados, solventes orgânicos e pesticidas, podem contaminar o solo e afetar os seres vivos. Um exemplo desse tipo de substância é o chumbo, que, mesmo em baixos níveis, afeta a capacidade mental e a aprendizagem. Essa substância pode ser obtida por meio da inalação. Nos centros urbanos, há maior concentração desse metal, que é resultado da queima de combustíveis e também é encontrado nas pinturas de edifícios antigos.

Erosão do solo Um problema natural relacionado ao solo é a erosão, que consiste no seu desgaste, de forma gradual e lenta, e que é causado pelo deslocamento de seus componentes. A erosão do solo é influenciada por fatores como a água das chuvas (erosão pluvial), a água dos rios (erosão fluvial) ou o vento (erosão eólica). Veja, a seguir, como ocorre a erosão pluvial.

A

Inicialmente, as partículas do solo se desagregam por causa do impacto das gotas da chuva.

B

Essas partículas são transportadas pela água da chuva.

C

Luciane Mori

Erosão pluvial

A

Nas partes mais baixas do relevo, a enxurrada perde gradualmente a velocidade, e as partículas de solo se depositam.

B

C

Ilustração produzida com base em: PRESS, F. et al. Para entender a Terra. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. p. 302.

As características do solo, como sua textura e permeabilidade, contribuem para que a erosão seja mais ou menos intensa. Em geral, os solos que apresentam maior quantidade de partículas de areia são mais desagregados, facilitando a erosão. E, quanto mais rápida for a drenagem de água no solo, menor é a erosão, pois isso dificulta a formação de enxurradas. Outro fator que influencia a erosão do solo é o relevo. Áreas com maior inclinação são mais suscetíveis à erosão, pois permitem que as enxurradas adquiram maior velocidade. Quando o solo é coberto por vegetação, entretanto, ele se torna mais protegido do processo erosivo. Isso ocorre porque a presença de plantas diminui o impacto das gotas da chuva. O solo também é fundamental para a drenagem da água, que escoa para a região subterrânea. Com a água que passa perto das raízes das plantas, as partículas de solo se reestruturam, o que é bom para a planta, já que, próximo às raízes, as partículas de solo encontram-se mais aglomeradas. É importante que, nas margens dos rios, haja vegetação, pois isso os protege do assoreamento, que consiste no arraste de sedimentos, que se depositam no rio. Quando há grande quantidade de chuvas, as partículas de solo são arrastadas até o rio e ele pode atingir rapidamente o nível da superfície, caracterizando uma cheia. Caso a água extravase, forma-se a enchente, que pode afetar a vegetação e os animais ao redor, além das construções humanas.

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Unidade 4

Para que construções sejam erguidas nesses lugares, é necessário conhecer a geologia do local, o relevo, o declive, o tipo de solo de que é composto e se há vegetação protegendo-o. Quando essas caracterís­ticas não são conhecidas e as pessoas precisam morar nesses locais, na ocorrência de chuvas em grande intensidade, as partículas de solo podem se desprender e alcançar suas moradias. Com isso, ocorre um sério problema ambiental que gera uma consequência social, podendo levar pessoas a perderem suas moradias e causar até mesmo mortes.

Romildo de Jesus/Futura Press

Um problema que afeta muitas regiões são os deslizamentos de solo. Quando são construídas habitações em áreas próximas a declives, as enxurradas podem levar grandes massas de solo para a base, afetando as construções que lá se encontram.

Deslizamento de solo causado por chuvas em Salvador, Bahia, em 2014.

Ricardo Teles/Pulsar

É preciso ressaltar que, quando o solo é afetado pela água, pode ocorrer esgotamento dos nutrientes das plantas, ocasionando redução da fertilidade do solo. Isso também pode causar a poluição da água, pois sedimentos podem chegar a rios e lagos, afetando o ambiente e a fauna local.

Agricultura e agroquímicos A agricultura fornece a base da alimentação humana. No entanto, para o cultivo, geralmente são utilizados desde maquinários que emitem poluentes atmosféricos até produtos químicos, como os agroquímicos, que podem ser adubos químicos ou defensivos agrícolas utilizados para eliminar as chamadas pragas agrícolas. O uso incorreto desses produtos pode gerar diversas consequências para os seres vivos e também para a saúde humana. As substâncias que compõem os defensivos agrícolas podem ser incorporadas aos vegetais cultivados, alcançando os seres vivos que se alimentarem deles, afetando toda a cadeia alimentar, inclusive o ser humano.

Trabalhador pulverizando defensivos agrícolas em plantação de soja em Diamantino, Mato Grosso, em 2013.

Desertificação A combinação entre seca prolongada e uso inadequado do solo pode ocasionar um processo denominado desertificação, que consiste na degradação ambiental resultante das variações climáticas e das atividades humanas. Ela, geralmente, ocorre em áreas áridas* e semiáridas e já tem afetado regiões de todo o planeta.

*Também pode ocorrer em áreas subúmidas secas.

Esse problema é intensificado pelo uso incorreto dos recursos florestais, como a degradação dessas áreas para a expansão agrícola ou pastoril; a ausência de manejo adequado do solo; a irrigação inadequada, aumentando a salinização do solo; a atividade mineradora indiscriminada; entre outras ações humanas. Segundo dados do Ministério do Meio Ambiente, as áreas suscetíveis à desertificação no Brasil abrangem cerca de 16% do território brasileiro (os estados do Nordeste, parte de Minas Gerais e do Espírito Santo), e afeta cerca de 1 488 municípios e mais de 31 milhões de habitantes, que constituem 85% da população considerada pobre. Recursos naturais e biodiversidade

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Biologia e Ambiente Manejo sustentável e produção agrícola O crescimento da população mundial aumentou a necessidade da produção de alimentos e, com isso, muitas áreas florestais foram derrubadas ou queimadas, a fim de ampliar as fronteiras agrícolas. Entretanto, o uso indiscriminado do solo causa seu desgaste e empobrecimento, favorecendo processos como a erosão e a contaminação do solo por agroquímicos. A longo prazo, o solo pode ficar tão degradado a ponto de se tornar impróprio para o plantio. No entanto, com o objetivo de manter a produção de alimentos e a qualidade do solo, especialistas têm desenvolvido diversas técnicas de manejo do solo. Uma prática muito comum entre os agricultores consistia em revolver o solo entre a colheita de uma cultura e o plantio de outra. Mas, no século XX, nos Estados Unidos e na Inglaterra, agricultores optaram por uma técnica chamada de plantio direto. Essa técnica foi assimilada por agricultores brasileiros, tornando-se altamente eficiente para regiões de clima temperado e subtropical, como os que encontramos no Brasil. Nela, as sementes são depositadas no solo, sem revolvê-lo, mantendo a chamada palhada, que são os restos do cultivo anterior. Thomaz Vita Neto/Pulsar

Esse sistema auxilia na conservação do solo porque evita a erosão e o arraste de nutrientes. Com a palha, mais nutrien­ tes são conservados e mais matéria orgâ­ nica fica retida, reduzindo a necessidade do uso de fertilizantes. Como esse processo reduz a necessidade do uso de maquinários, também diminui a emissão de poluentes.

Plantação de milho em Chapadão do Sul, Mato Grosso do Sul, em 2014. Observe que, após a colheita, a palhada fica no solo. Ernesto Reghran/Pulsar

Outra técnica de manejo do solo utilizada são as curvas de nível ou terraceamento. Nessa técnica, são feitas elevações que acompanham a altitude do terreno. Isso reduz a enxurrada formada pela água das chuvas, pois forma barreiras, melhorando, assim, a drenagem do solo.

Vista aérea de plantação de café em Carlópolis, Paraná, em 2014. Observe que o plantio dos cafeeiros acompanha a curvatura do solo.

Há, ainda, uma técnica que também é utilizada, que são as faixas de retenção. Elas são compostas de fileiras de plantas de espécies que contribuem para a redução da erosão. Plantas com raízes profundas retêm parte da água, impedindo que ela arraste as partículas que compõem o solo, protegendo-o. Essa técnica geralmente é utilizada no cultivo do gergelim, do capim, do sorgo, do feijão e da cana-de-açúcar.

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Resíduos A expansão das áreas urbanas e o aumento do consumo de produtos industrializados resultam em uma consequência: o aumento na geração de resíduos sólidos, compostos de materiais indesejáveis e/ou descartados. Quando esses resíduos são produzidos diretamente pelo ser humano, são popularmente denominados lixo. Os resíduos podem ser classificados de acordo com sua origem em: domésticos (residenciais), comerciais, públicos (de limpeza pública), industriais, agrícolas, entulhos (de construção civil) e hospitalares (laboratórios, clínicas e hospitais).

Quantidade de RSU gerada e coletada em 2014 no Brasil Rafael Luís Gaion

Mas qual é a quantidade de resíduos gerados por habitante? Segundo a Abrelpe (Associação Brasileira de Empresas de Limpeza Pública e Resíduos Especiais), no ano de 2014, foram produzidas, diariamente no Brasil, 215 297 toneladas de resíduos sólidos urba nos (RSU), em que se incluem os resíduos domésticos e os resíduos provenientes da limpeza de espaços urbanos. De acordo com esses dados, cada brasileiro produziu, em média, 1,062 kg de RSU por dia, o que equivale a mais de 387 kg/ano. Observe no gráfico ao lado a quantidade de RSU produzida e coletada em cada região do país naquele ano.

Unidade 4

Os resíduos domésticos são produzidos nas residências e podem conter restos de alimentos, papéis, embalagens plásticas, vidros, latas, entre outros. Os resíduos industriais são compostos de diversos materiais, como metais pesados e produtos químicos, que são prejudiciais aos seres vivos. Os resíduos hospitalares provêm de hospitais, clínicas e laboratórios e podem ser compostos de sangue, ataduras, curativos e agulhas.

Toneladas de RSU (por dia) 120 000 RSU coletado

100 000

RSU gerado

80 000 60 000 40 000 20 000 0

Fonte: ABRELPE. Panorama dos resíduos sólidos no Brasil. 2014. Disponível em: <www.abrelpe.org.br/Panorama/ panorama2014.pdf>. Acesso em: 10 maio 2016.

Norte

Nordeste Centro-Oeste Sudeste

Apenas 58,4% dos resíduos gerados são coletados de forma adequada e, aproximadamente, 29 659 170 toneladas de resíduos não tiveram destinação correta, no ano de 2014.

Sul

Regiões do Brasil

8. Como você explicaria os dados mostrados no gráfico?

Depois de serem coletados, os resíduos sólidos podem ter diferentes destinos, como os aterros sanitários, os incineradores, os lixões, podem ser tratados e depois descartados ou podem ser reciclados. 8. Grande parte dos resíduos gerados não é destinada adequadamente, então, é necessário ampliar os serviços de coleta e também educar a população para que separe os resíduos corretamente.

Resíduos com destinação especial

Resíduos hospitalares.

Billion Photos/Shutterstock.com

As pilhas e baterias devem ser devolvidas ao fabricante e este, por sua vez, deve definir como recolher os materiais, bem como tratar esses resíduos de forma adequada, de modo a evitar a contaminação do solo e da água.

FoodStocker/Shutterstock.com

Alguns resíduos seguem normas específicas de destinação. Os resíduos hospitalares, que são compostos de agulhas, seringas, bandagens, animais mortos, entre outros, devem ser incinerados ou dispostos em aterros sanitários em áreas especiais, para que recebam tratamento antes de serem descartados.

Pilhas e baterias.

Recursos naturais e biodiversidade

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O aterro sanitário é o destino mais apropriado para grande parte dos resíduos sólidos domésticos. Nesse local, os resíduos sólidos são depositados em camadas, intercalados com o solo, e não ficam expostos a céu aberto, o que evita a proliferação de seres vivos transmissores de doenças. Nessas camadas, parte dos resíduos sólidos sofre decomposição por microrganismos presentes no solo.

Representação de aterros sanitários aterro sanitário desativado

Ilustrações produzidas com base em: ROCHA, J. C. et al. Introdução à Química ambiental. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2009. p. 230.

aterro sanitário em uso

Luciane Mori

D B

A C E A

Na camada inferior, há um material impermeável, impedindo que substâncias provenientes da decomposição dos resíduos atinjam outras camadas do solo ou a água subterrânea.

B

Resíduos sólidos em decomposição.

C

Camadas de solo sem resíduos.

D

Como a decomposição dos resíduos sólidos produz gases, são instaladas tubulações para auxiliar em sua eliminação.

E

Durante a decomposição dos resíduos sólidos, ocorre a formação de chorume, que é coletado por meio de tubulações, tratado para evitar a contaminação do solo e devolvido ao ambiente.

Carlos Ezequiel Vannoni/ Agência JCM/Fotoarena/Folhapress

Quando os resíduos sólidos se decompõem, liberam chorume, líquido altamente poluente e de coloração escura. Um destino não apropriado dos resíduos são os lixões, locais em que eles são depositados, mas cujo solo não é impermeabilizado. Com isso, o chorume pode alcançar outras camadas do solo, rios ou águas subterrâneas, poluindo-os. E, como nesses locais os resíduos sólidos permanecem a céu aberto, tornam-se locais propícios para que alguns seres vivos transmissores de doenças possam se multiplicar. Lixão a céu aberto em Paudalho, Pernambuco, em 2014.

Muitos materiais considerados resíduos podem ser reutilizados ou reciclados. Na reutilização (ou reaproveitamento), um produto é utilizado para uma finalidade diferente da original. Por exemplo, um pote de margarina vazio pode ser reaproveitado como um vaso para plantas. A reciclagem é um processo em que os materiais são transformados física ou quimicamente em outros. Por exemplo, garrafas PET, após serem processadas, podem ser misturadas a outros materiais, formando por exemplo tecido, que pode ser utilizado na produção de roupas. Para que sejam reciclados, os resíduos devem ser separados pelo usuário e entregues para a coleta seletiva, que se encarregará de destiná-los adequadamente para usinas de reciclagem, onde os materiais serão transformados, voltando a ser matéria-prima para novos produtos. Isso diminui a deposição de resíduos no ambiente, os quais podem levar anos ou até séculos para se decompor. Além disso, impede a retirada de mais recursos naturais do ambiente.

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Sustentabilidade *Esclareça aos alunos que PNUMA é a sigla para Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente.

Leia as manchetes a seguir.

“Falta de eletricidade é um obstáculo para o desenvolvimento sustentável”, afirma chefe do PNUMA*

ONU discute moradia e desenvolvimento sustentável ONU discute moradia e desenvolvimento sustentável. O Globo, 22 abr. 2016. Disponível em: <http://oglobo.globo.com/ sociedade/sustentabilidade/onu-discute-moradiadesenvolvimento-sustentavel-19150759>. Acesso em: 7 maio 2016.

Unidade 4

FALTA de eletricidade é um obstáculo para o desenvolvimento sustentável’, afirma chefe do PNUMA. OnuBr, 29 jan. 2016. Disponível em: <https://nacoesunidas.org/falta-de-eletricidadeobstaculo-para-desenvolvimento-sustentavel-pnuma/>. Acesso em: 7 maio 2016.

A sustentabilidade ou desenvolvimento sustentável tem ganhado bastante destaque na mídia. Mas qual é o seu significado? Para entendê-lo, observe a situação abaixo.

A professora pediu-lhes que considerassem que o elástico verde representava o desenvolvimento social, o amarelo, o desenvolvimento econômico e o vermelho, a conservação ambiental. E questionou o que significava a intersecção entre eles. Ela, então, explicou que a sustentabilidade considera essas três áreas. Para que uma sociedade possa se desenvolver sem prejudicar as pessoas nem o ambiente, é importante que haja um planejamento envolvendo todas elas.

B

Laura

Cássia Sustentabilidade

C

A

Roberto

Embora, à primeira vista, ambiente, sociedade e economia pareçam distantes um do outro, o desenvolvimento sustentável considera tanto o desenvolvimento social quanto o econômico. Considere uma sociedade cujos recursos são distribuídos desigualmente, em que uma parcela tem acesso a diferentes recursos e outra mais pobre, não. Outra sociedade, centrada somente no crescimento econômico, provavelmente precisará cada vez mais extrair recursos naturais, o que provocará degradação até que esses recursos se esgotem. Já uma sociedade que busque somente a conservação ambiental terá que evitar toda e qualquer retirada de recursos naturais do ambiente, o que dificultará tanto o desenvolvimento social quanto o econômico. Assim, a sustentabilidade busca o desenvolvimento de uma sociedade, almejando a igualdade entre as pessoas, na qual todas respeitem o ambiente e os recursos naturais.

Joy Tasa/Shutterstock.com

Em uma aula cujo tema é sustentabilidade, a professora de Biologia de Cássia, Roberto e Laura pediu a cada um deles que pegasse um elástico de cor diferente. Em seguida, determinou que fizessem uma intersecção entre eles. Observe, abaixo, o que eles fizeram e acompanhe a explicação. 9. Que tipos de sociedades estariam representadas em A, B e C? 10. Considere que A, B e C sejam três cidades distintas. Alguma delas seria sustentável? 9. A representaria uma sociedade que se preocupa com o desenvolvimento social e com a conservação ambiental. B seria uma sociedade preocupada com o desenvolvimento social e econômico. C representaria uma sociedade dedicada à conservação ambiental e ao desenvolvimento econômico. 10. Não. Mesmo as cidades que se preocupam com a conservação ambiental deixariam de lado o desenvolvimento social ou econômico, o que prejudicaria o desenvolvimento sustentável.

Ao longo do tempo, a população mundial aumentou e, com isso, as tecnologias avançaram, bem como o consumo de produtos, bens e serviços. Obviamente esse crescimento trouxe fatores economicamente positivos, como o aumento da geração de empregos. Mas o desenvolvimento também necessitou de água, energia elétrica, alimentos, entre outros. Com isso, mais resíduos foram gerados, o que veio acompanhado de um intenso desperdício. Nesse sentido, um conceito importante é o de consumo consciente ou sustentável, que visa a utilização dos recursos com equilíbrio, e propõe a redução da compra de bens e produtos, que geram cada vez mais resíduos e causam impactos no ambiente. Recursos naturais e biodiversidade

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Inicialmente, os problemas ambientais podem parecer problemas gerados apenas por grandes indústrias e por atividades agropecuárias, mas cada pessoa é responsável pelo ambiente e por sua manutenção. A sustentabilidade visa que cada pessoa seja capaz de desenvolver atitudes que auxiliem na conservação dos recursos naturais.

Água e sustentabilidade Brasil perde R$ 8 bilhões por ano com desperdício de água Desperdício de água é equivalente a seis sistemas Cantareiras por ano. Cerca de 37% da água produzida é desperdiçada no Brasil.

Além dos danos ao ambiente, o desperdício de água impacta diretamente na economia nacional. Ações de desperdício, geralmente, estão relacionadas à ideia de que a água é um recurso ilimitado e que sua captação e desperdício não geram impactos. É necessário haver uma conscientização da importância de se economizar água, mesmo em situações cotidianas. Veja, abaixo, algumas atitudes para reduzir o desperdício de água. © 2016 Cedraz/Ipress

BRASIL perde R$ 8 milhões por ano com desperdício de água. G1, São Paulo, 25 mar. 2015. Bom Dia Brasil. Disponível em: <http://g1. globo.com/bom-dia-brasil/noticia/2015/03/brasil-perde-r-8-bilhoespor-ano-com-desperdicio-de-agua.html>. Acesso em: 9 maio 2016.

A água é um recurso natural essencial em nossas atividades diárias. Precisamos dela para beber, cozinhar, lavar louças e roupas e para nossa higiene pessoal. Frequentemente, somos alertados quanto ao desperdício de água, como podemos ver na manchete ao lado.

11. Cite outra atitude que ajuda a reduzir o desperdício de água, além das mostradas na história em quadrinhos. Possíveis respostas: armazenar água da chuva em baldes ou recipientes maiores tampados, reaproveitando-a para a limpeza de calçadas e veículos; verificar regularmente a ocorrência de vazamentos no encanamento de sua casa.

CEDRAZ, Antonio Luiz R. Água: economize para não faltar. Salvador: Estúdio Cedraz. p. 5, 6.

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Entre as medidas sustentáveis para manter a qualidade do ar estão o monitoramento das indústrias em relação à emissão de poluentes atmosféricos e a aplicação de multas no caso de desobediência às normas ambientais. Além disso, é preciso encontrar alternativas aos combustíveis fósseis, optando por biocombustíveis, como o etanol, que gera menos poluentes atmosféricos.

12. Que medidas poderiam ser cobradas dos governantes a fim de reduzir a poluição atmosférica? Rubens Chaves/Pulsar

Veja, a seguir, algumas dicas para reduzir os problemas ambientais relacionados ao ar.

• •Opte

pelo sistema de transporte público, em vez de meios de transporte individuais. A redução na quantidade de veículos na cidade diminui a emissão de poluentes e também reduz a necessidade do uso de combustíveis fósseis, evitando a retirada desse recurso natural não renovável do ambiente.

Unidade 4

Ar e sustentabilidade

• •Se

você utiliza meios de transporte movidos pela queima de combustíveis fósseis, tente substituí-los por uma bicicleta ou procure se deslocar a pé. Além de se exercitar, andar de bicicleta ou a pé evita a emissão de poluentes atmosféricos.

Solo e sustentabilidade

Pessoa andando de bicicleta em ciclovia, na cidade de São Paulo, em 2015.

12. Possíveis respostas: fiscalização das indústrias com advertências e multas para as que desobedecerem as normas ambientais; fiscalização dos veículos automotivos para que estejam com os catalisadores funcionando perfeitamente; estímulo à produção de biocombustíveis, entre outros.

O Brasil está entre os maiores produtores mundiais de minerais como bauxita, ferro e nióbio. Entretanto, a mineração é uma das atividades que mais desgastam o solo, levando-o ao esgotamento de seus recursos. Entre os problemas relacionados à mineração estão: a poluição da água pelos rejeitos e efluentes provenientes da atividade mineradora, a formação de poeira, que pode afetar o sistema respiratório das pessoas que moram no entorno, e o excesso de ruídos. Assim, embora a mineração seja extremamente importante para a economia brasileira, ela também afeta diretamente os recursos naturais e a saúde das pessoas. Karin Hildebrand Lau/Shutterstock.com

Quando o solo está contaminado por metais pesados ou tóxicos, ou está degradado, é difícil recuperá-lo, pois pode se tornar impróprio para a área agrícola ou pastoril, e também torna-se inadequado para o reflorestamento, pois está esgotado. Uma alternativa para a recuperação desse tipo de solo é a biorremediação, que consiste na utilização de microrganismos que transformam os poluentes ambientais em substâncias menos tóxicas. Ela pode ser utilizada para degradar substâncias orgânicas, como combustíveis fósseis e solventes, e transformá-las em gás carbônico, metano e água. Solos contaminados com agroquímicos, explosivos, derivados de petróleo, compostos inorgânicos e metais, como chumbo, níquel, mercúrio, zinco, cobre, selênio, urânio e césio, podem ser tratados por meio da fitorremediação. Nesse processo, são utilizadas plantas capazes de decompor, armazenar, transportar ou acumular essas substâncias tóxicas.

Ser vivo adulto Mostarda-marrom: pode atingir 45 cm de altura.

Mostarda-marrom, planta utilizada na fitorremediação. Ela é capaz de armazenar grandes concentrações de metais, o que auxilia na recuperação do solo.

Recursos naturais e biodiversidade

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Como vimos, uma das maneiras de ajudar a proteger o solo é por meio da reciclagem de materiais, pois evita o descarte inadequado de produtos que levarão muito tempo para se decompor. Veja o tempo de decomposição de alguns materiais no quadro ao lado. Fonte: MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE. Lixo: um grave problema no mundo moderno. Disponível em: <www.mma.gov.br/estruturas/secex_ consumo/_arquivos/8%20-%20mcs_lixo.pdf>. Acesso em: 11 maio 2016.

Material

Tempo de decomposição

Papel

3 a 6 meses

Metal

mais de 100 anos

Plástico

mais de 400 anos

Vidro

mais de 1 000 anos

Tecido

6 meses a 1 ano

Borracha

indeterminado

Por isso, é importante separar os materiais adequadamente para a coleta seletiva. Veja como deve ser feita essa separação. PLÁSTICOS

VIDROS

PAPÉIS

ORGÂNICOS

Axsimen/Shutterstock.com

METAIS

Latas de refrigerante e conservas, chapas metálicas, fios, arames, pregos e parafusos.

Sacos plásticos, copos descartáveis, canos e tubos, baldes, tampas e frascos de alimentos, bebidas e cosméticos.

Garrafas, copos, frascos e potes.

Jornais, revistas, caixas, papelão, folhas de caderno, cartolina, embalagens longa vida e envelopes.

Restos de alimentos.

Há outros materiais, chamados rejeitos (esponjas de aço, clipes, papel higiênico, espuma, entre outros), que não podem ser reciclados nem reaproveitados e devem ser destinados junto com os resíduos orgânicos.

Biologia e Ambiente

Assim, antes de utilizar um produto, repense se realmente necessita dele. E quando oferecerem algo que pode impactar o ambiente, recuse.

Vimos que o destino para muitos resíduos é a reciclagem ou o reaproveitamento. Uma das ideias que podem contribuir para a redução de resíduos no planeta é conhecida como 3Rs. Veja. Jason Winter/Shutterstock.com

Além dos 3 Rs, há defensores de mais dois Rs: REPENSE e RECUSE.

3 Rs

REDUZA o consumo.

REÚSE os produtos, evitando seu descarte.

RECICLE os materiais, para evitar a retirada de recursos naturais do ambiente.

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Atividades

Responda as atividades no caderno.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

1. Cite um exemplo de recurso natural perene, renovável e não renovável. 2. Explique a importância da camada de ozônio. 3. Qual é a importância do efeito estufa natural? 4. O que acontece com os poluentes atmosféricos durante a inversão térmica? Unidade 4

5. Explique o que é chuva ácida e os fatores que contribuem para sua ocorrência. 6. O que é sustentabilidade? 7. O Mar de Aral é um lago localizado entre o Cazaquistão e o Uzbequistão, na Ásia Central. Ele era considerado o 4 o maior lago do mundo, no entanto, desde a década de 1960, sua extensão vem diminuindo drasticamente em virtude da captação de água para atividades agrícolas e do clima seco. Além da redução do volume de água, existe uma grande deposição de sal na área que, anteriormente, era ocupada pelo lago. Com base nessas informações e nas imagens abaixo, responda às questões a seguir. B

C

Planetobserver/SPL/Latinstock

A

Imagens de satélite do Mar de Aral em 1990 A , 2000 B e 2010 C .

a ) Qual é o processo que está ocorrendo no Mar de Aral? Justifique sua resposta. b ) Além desse tipo de problema ambiental, a poluição também afeta constantemente mares, rios e lagos. Cite dois tipos de poluição da água. c ) O sal acumulado no solo do Mar de Aral tem sido transportado pelo vento a regiões vizinhas. Que nome se dá a esse processo de transporte de sedimentos?

8. Leia o texto a seguir e responda às questões. Estudos revelam que os herbicidas à base de glifosato, o agrotóxico mais comercializado no Brasil e no mundo, têm efeitos adversos para a saúde humana e dos animais e para os ecossistemas. A contaminação de alimentos, água e ar por esses produtos pode estar associada ao desenvolvimento de uma série de doenças na população, como desordens gastrointestinais, obesidade, diabetes, doenças cardíacas, depressão, autismo, infertilidade, câncer, entre outras. [...] [...] Os grãos geneticamente modificados, contaminados com glifosato, são usados como alimento na criação de bois, porcos, ovelhas e frangos. Consequentemente, ovos, leite, manteiga, queijo e outros produtos animais são contaminados. [...] HESS, Sonia Corina; NODARI, Rubens Onofre. Glifosato não é água. Ciência Hoje. Rio de Janeiro: Instituto Ciência Hoje, n. 332, v. 56, dez. 2015. p. 22, 27.

a ) De acordo com o texto, quais são os efeitos do uso do glifosato na saúde da população e na produção de alimentos? b ) De que maneira o glifosato pode contaminar áreas distantes de seu local de aplicação? c ) Que tipos de poluição a aplicação de glifosato pode causar? Recursos naturais e biodiversidade

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9. Alguns animais, como as rãs, são considerados bioindicadores, isto é, sua presença ou auDesignua/Shutterstock.com

sência indica a qualidade ambiental. Observe, no esquema ao lado, o ciclo de vida de uma rã-arborícola-europeia. Seus ovos são frágeis e não possuem uma casca capaz de bloquear a ação dos raios ultravioleta. Durante o estágio larval, vivem na água, onde se alimentam de algas, plantas e pequenos insetos. Quando adultas, vivem em ambiente terrestre, alimentando-se de insetos em locais próximos a corpos de água, e absorvem água e ar através da pele. De acordo com essas informações e com a imagem ao lado, responda às questões a seguir. a ) A presença dessas rãs em um lago indica boa ou má qualidade ambiental? b ) As populações de rãs vêm diminuindo em todo o mundo há mais de duas décadas. Elabore uma hipótese baseada nas informações acima para explicar esse fato. c ) Considere um ambiente degradado que esteja em processo de desertificação. O que aconteceria com uma população de rãs em um local como esse?

Representação do ciclo de vida de uma rã-arborícola-europeia.

10. (Enem) O gráfico abaixo refere-se às variações das concentrações de poluentes na atmosfera, no decorrer de um dia útil, em um grande centro urbano. Concentração de poluentes

CO NO

Rafael Luís Gaion

NO2

0

3

6

9

O3

12

15

18

21

24 Horário

NOVAIS, Vera. Ozônio: aliado ou inimigo. São Paulo: Scipione, 1998. (Adaptado).

As seguintes explicações foram dadas para essas variações: I ) A concentração de NO diminui, e a de NO2 aumenta em razão da conversão de NO em NO2. II ) A concentração de monóxido de carbono no ar está ligada à maior ou à menor intensidade de tráfego. III ) Os veículos emitem óxidos de nitrogênio apenas nos horários de pico de tráfego do período da manhã. IV ) Nos horários de maior insolação, parte do ozônio da estratosfera difunde-se para camadas mais baixas da atmosfera. Dessas explicações, são plausíveis somente: a ) I e II. b ) I e III. c ) II e III.

d ) II e IV.

e ) III e IV.

11. (Enem) A ação humana tem provocado algumas alterações quantitativas e qualitativas da água: I ) Contaminação de lençóis freáticos. II ) Diminuição da umidade do solo. III ) Enchentes e inundações. Pode-se afirmar que as principais ações humanas associadas às alterações I, II e III são, respectivamente, a ) uso de fertilizantes e aterros sanitários / lançamento de gases poluentes / canalização de córregos e rios. b ) lançamento de gases poluentes / lançamento de lixo nas ruas / construção de aterros sanitários. c ) uso de fertilizantes e aterros sanitários / desmatamento / impermeabilização do solo urbano. d ) lançamento de lixo nas ruas / uso de fertilizantes / construção de aterros sanitários. e ) construção de barragens / uso de fertilizantes / construção de aterros sanitários.

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12. (UEM-PR) Sobre as causas e as consequências da poluição atmosférica, assinale o que for correto. 01 ) A elevação dos níveis de poluentes na atmosfera traz uma série de desconfortos às pessoas, como irritação nos olhos e na garganta. 02 ) Devido às principais fontes de emissão do gás metano estarem relacionadas com a pecuária de bovinos e de ovinos e com a agricultura na várzea, elas também são responsáveis pela poluição atmosférica mundial. 04 ) O dióxido de enxofre (SO 2) é um poluente atmosférico, sendo um gás tóxico proveniente da queima industrial de combustíveis como o carvão mineral e o óleo diesel. Unidade 4

08 ) As erupções vulcânicas lançam imensas quantidades de partículas sólidas na atmosfera e não chegam a interferir na formação de poluentes atmosféricos. 16 ) O gás ozônio (O 3) presente nas altas camadas atmosféricas é benéfico à vida, mas, quando se forma próximo à superfície terrestre, é um poluente.

13. (Enem) Quanto mais desenvolvida é uma nação, mais lixo cada um de seus habitantes produz. Além de o progresso elevar o volume de lixo, ele também modifica a qualidade do material despejado. Quando a sociedade progride, ela troca a televisão, o computador, compra mais brinquedos e aparelhos eletrônicos. Calcula-se que 700 milhões de aparelhos celulares já foram jogados fora em todo o mundo. O novo lixo contém mais mercúrio, chumbo, alumínio e bário. Abandonado nos lixões, esse material se deteriora e vaza. As substâncias liberadas infiltram-se no solo e podem chegar aos lençóis freáticos ou a rios próximos, espalhando-se pela água. Anuário Gestão Ambiental 2007. p. 47-8 (Adaptado).

A respeito da produção de lixo e de sua relação com o ambiente, é correto afirmar que a ) as substâncias químicas encontradas no lixo levam, frequentemente, ao aumento da diversidade de espécies e, portanto, ao aumento da produtividade agrícola do solo. b ) o tipo e a quantidade de lixo produzido pela sociedade independem de políticas de educação que proponham mudanças no padrão de consumo. c ) a produção de lixo é inversamente proporcional ao nível de desenvolvimento econômico das sociedades. d ) o desenvolvimento sustentável requer controle e monitoramento dos efeitos do lixo sobre espécies existentes em cursos-d’água, solo e vegetação. e ) o desenvolvimento tecnológico tem elevado a criação de produtos descartáveis, o que evita a geração de lixo e resíduos químicos.

Refletindo sobre o capítulo

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

A Considere os hábitos de vida de dois indivíduos, A e B, que vivem no mesmo país e têm à disposição os mesmos recursos naturais. O indivíduo A vive sozinho em um apartamento em um centro urbano, utiliza o carro como meio de locomoção e faz todas as suas refeições fora de casa. O indivíduo B vive com sua família em uma casa em um bairro periférico, com muitas áreas verdes, utiliza ônibus para ir ao trabalho e voltar dele e não faz suas refeições fora de casa. Qual dos dois indivíduos apresenta maior pegada ecológica? E o que ele poderia fazer para reduzi-la? B Retome o último parágrafo da página 257. Por que a pobreza e a desigualdade social também estão relacionadas aos problemas ambientais? Explique. C É possível afirmar que os problemas ambientais fazem parte da história da humanidade? Justifique. D As poluições da água, do ar e do solo podem ser analisadas separadamente ou elas estão relacionadas entre si? Explique.

Recursos naturais e biodiversidade

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Explorando o tema

Aquecimento global e biodiversidade

Nas últimas décadas, a concentração de gases do efeito estufa na atmosfera aumentou muito rapidamente, intensificando o efeito estufa natural e elevando a temperatura global média do planeta. A esse fenômeno deu-se o nome de aquecimento global.

Temperatura média global

Rafael Luís Gaion

Grande parte desse aumento é consequência da intensificação das atividades humanas que liberam poluentes atmosféricos, tais como queima de combustíveis fósseis, queimadas e mudanças no uso do solo. Acredita-se que a temperatura global continuará aumentando nas próximas décadas, pois os impactos sobre o planeta são intensos e Variações na temperatura média de difícil reversão. global entre 1840 e 2000 Entre as consequências desse aumento, poderá haver problemas na disponibilidade de recursos hídricos; os níveis dos oceanos podem aumentar, inundando áreas costeiras e ilhas; e os biomas podem ter sua estrutura modificada, resultando na perda de hábitats e de ecossistemas.

0,5

0,0

-0,5 1840

1860

1880

Fonte: ODUM, E. P. Fundamentos de Ecologia. São Paulo: Cengage Learning, 2011. p. 176.

1900

1920 Anos

1940

1960

1980

2000

Observe que as variações na temperatura média global começaram a aumentar a partir de 1900, período no qual as emissões de poluentes atmosféricos já estavam acontecendo.

Consequentemente, a composição e a distribuição das espécies podem ser alteradas. Em condições naturais, as espécies tendem a se adaptar e a sobreviver mesmo quando ocorrem mudanças nas condições ambientais. Porém, até que ponto elas são capazes de se adaptar ao aumento da temperatura global, em um período tão curto de tempo? Os ursos-polares são mamíferos que vivem no polo Norte. São animais predadores, que se alimentam de focas, morsas, peixes e aves marinhas. Seu hábitat inclui o gelo compactado do oceano Ártico e áreas que eventualmente descongelam, pois são locais apropriados à caça. Entretanto, há evidências de que o aumento da temperatura global tem causado o derretimento das geleiras do Ártico e pode estar reduzindo o hábitat do urso-polar. Por ser um animal predador, a presença de presas é essencial para que a espécie se mantenha no ambiente. Logo, as alterações que afetam diretamente a abundância dessas presas também comprometem a sobrevivência dos ursos-polares. E o mesmo acontece com as espécies de pinguim que habitam o polo Sul.

Ser vivo adulto Foca (Erignathus barbatus): pode atingir 2,3 m de comprimento.

Naturfoto-Online/Alamy Stock Photo/Latinstock

Foca (Erignathus barbatus) sobre fragmento de geleira, na Noruega, em 2015.

Os efeitos das mudanças climáticas não são percebidos somente nas regiões polares. De acordo com o Painel Intergovernamental das Mudanças Climáticas (IPCC), outros ecossistemas que possuem grande probabilidade de serem prejudicados e de perderem biodiversidade são os recifes de corais, as áreas costeiras úmidas e os cumes das altas montanhas.

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Unidade 4

Os recifes de corais tornam-se branqueados quando as águas estão mais quentes. Logo, o branqueamento dos corais é uma das evidências do aquecimento global. Os oceanos auxiliam a regular a quantidade de gás carbônico na atmosfera por meio do ciclo do carbono, e absorvem parte do calor da atmosfera. Com o aumento da temperatura da superfície terrestre, as águas oceânicas também se tornam mais quentes, pois transportam mais gás carbônico e mais calor. Isso influencia as correntes marítimas, cuja temperatura serve como indicadora para diversas espécies migratórias, entre elas, peixes e baleias. O texto abaixo explica, de forma sucinta, como as mudanças climáticas estão alterando o ambiente e, consequentemente, afetando a biodiversidade.

São claras as evidências de que as mudanças climáticas induzidas pelo homem* já estão acontecendo. O entendimento básico de que a física dos gases atmosféricos determina o equilíbrio energético do planeta e afeta as temperaturas globais existe há mais de 100 anos. Ninguém tem dúvida de que a atividade humana alterou a composição química da atmosfera. Os modelos baseados em fatos geram resultados consistentes com as observações. Os níveis atuais de gás carbônico são superiores aos de qualquer outro período nos últimos 650 anos. O derretimento das camadas de gelo polar, o degelo do permafrost (solo enriquecido e congelado) do norte e o recuo das geleiras comprovam expectativas de grande impacto nas regiões polares. A ocorrência de secas e desastres ambientais provocados por ondas de calor corrobora as previsões de alterações na variabilidade média. Em todo o planeta, pássaros,** borboletas e outras espécies trocam de hábitats reagindo aos sinais do clima. Da mesma maneira que os modelos reproduzem com razoável exatidão os sistemas climáticos para contar a história do clima na Terra, eles não podem justificar a tendência de aquecimento global atual sem incluir o peso das emissões dos gases de efeito estufa geradas pelas ações humanas. Quando os modelos avançam, passam a projetar mais aquecimento, elevando o nível dos oceanos e alterando os padrões regionais de temperatura e precipitação.

*Explique aos alunos que a palavra homem, nesse texto, refere-se ao ser humano de forma genérica e não às diferenças de gênero. **Explique aos alunos que o autor se refere às aves em geral, e não somente aos Passeriformes.

DOW, K.; DOWNING, T. E. O atlas da mudança climática: o mapeamento genético do maior desafio do planeta. São Paulo: Publifolha, 2007. p. 9.

Veja as respostas das questões desta seção nas Orientações para o professor.

a ) O que ocorreu no final do século XIX para que a variação da temperatura global se acentuasse? b ) Por que não é possível afirmar que o aquecimento global afeta somente os seres vivos que vivem nos polos? Junião - www.juniao.com.br

c ) Segundo o autor do texto acima, algumas espécies de seres vivos tentam se adaptar a outros hábitats. Que tipo de desequilíbrio ecológico isso poderia ocasionar no futuro? d ) Observe a charge ao lado. Qual é a crítica presente nela? e ) Elabore uma charge baseada em seus conhecimentos sobre a intensificação do efeito estufa.

JUNIÃO. Aquecimento global. Jornal Diário do Povo, Campinas, 9 dez. 2009.

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Ampliando seus conhecimentos Para ler

Editora Ática

••A evolução da vida na Terra, de Ingrid Biesemeyer Bellinghausen. 2. ed. São Paulo: Difusão Cultural, 2010.

••A

fascinante aventura da vida, de Neide Simões de Mattos e Suzana Facchini Granato. São Paulo: Atual, 2006. (Coleção Projeto Ciências).

••Água, de Sonia Salem. São Paulo: Ática, 2006.

Por meio de uma história, a autora o levará a ver onde existe água em nosso planeta e porque devemos conservar esse recurso natural. Também será apresentado a situações que levam ao consumo excessivo de água. Assim, você poderá refletir sobre o uso e desperdício da água no planeta e pensar em atitudes que ajudarão a manter esse recurso tão precioso.

Editora WMF Martins Fontes

••A Revolução da Evolução: de Darwin ao DNA, de Robert Winston. São Paulo: Caramelo, 2009.

••Coleção

Um pé de quê?, de Fabiana Werneck Barcinski. São Paulo: WMF Martins Fontes, 2011. Nessa coleção, você conhecerá algumas árvores brasileiras, os biomas em que elas são encontradas e suas características. Além de relembrar os conceitos sobre as plantas que você já estudou, irá conhecer mais informações sobre o ambiente em que essas plantas são encontradas e sua importância na cultura brasileira.

••Diversidade da vida, de Edward O. Wilson. São Paulo: CompaEditora Publifolha

nhia de bolso, 2012.

••Evolução:

a adaptação e a sobrevivência dos seres vivos no planeta, de David Burnie. São Paulo: Publifolha, 2008. O autor narra a história da evolução, com base nos fósseis e evidências vivas. Em linguagem simples e acessível o livro traz imagens que ajudam a reconhecer a ocorrência de seleção natural e seleção sexual, as especiações, as extinções em massa e as adaptações dos seres vivos. Esse livro ajuda a conhecer a história dos seres vivos e sua evolução no planeta.

••Destruição e Equilíbrio: o homem e o ambiente no espaço e no tempo, de Sérgio de Almeida Rodrigues. 16. ed. São Paulo: Atual, 2004

••O aquecimento global, de Fred Pearce. 2. ed. São Paulo: Publifolha, 2002.

••Os segredos da água: experimentos fáceis e divertidos, da Associação francesa Petits Débrouillards. São Paulo: SM, 2005.

••Poluição do ar, de Samuel Murgel Branco. 2. ed. São Paulo: Moderna, 1996. (Coleção Polêmica).

••Processos Interativos homem – meio ambiente, de David Drew. 9. ed. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil. 2015.

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O filme é uma animação que mostra a história de três amigos, uma preguiça-gigante, um mamute e um tigre-dentes-de-sabre, que encontram uma criança e buscam uma maneira de entregá-la a sua família. Enquanto isso, o novo bando passa por diversas confusões com outros animais da era glacial. A animação retrata as relações entre os animais de um bando como o do tigre-dentes-de-sabre, mostra outros animais extintos e como eles viviam.

••Criação. Direção de Jon Amiel, 2009. WMIX Distribuidora, Estados Unidos. (100 min.)

Esse filme retrata parte dos conflitos vividos por Charles Darwin antes de publicar sua obra A origem das espécies. Nesse enredo é possível conhecer o lado humano do cientista, perceber que ele sente falta de sua falecida filha e não publica suas ideias por causa do conflito existente entre suas descobertas e suas crenças religiosas.

••Frankenstein:

a clonagem humana. Direção de Di Agostini, 2006. Cannes Produções, Estados Unidos. (48 min.) Nesse documentário sobre a clonagem humana, o tema é discutido por meio de relatos de médicos e de cientistas. Além disso, participam juristas, teólogos e autoridades respeitadas mundialmente na área de Biotecnologia.

Filme de Jon Amiel. Criação. EUA. 2009

Fox Film do Brasil, Estados Unidos. (81 min.)

Filme de Di Agostini. Frankenstein: a clonagem humana. EUA. 2006

••A era do gelo. Direção de Chris Wedge e Carlos Saldanha, 2002.

Filme de Chris Wedge e Carlos Saldanha. A era do gelo. EUA. 2002

Para assistir

••Gattaca: experiência genética. Direção de Andrew Niccol, 1997. Columbia Tristar Films of Brasil, Estados Unidos. (112 min.)

Esse enredo retrata a humanidade no futuro, em que as pessoas são selecionadas antes do nascimento e as que são geradas naturalmente ficam à margem da sociedade. Trata-se de uma crítica em busca da perfeição genética, quando se teria uma sociedade em que as pessoas poderiam ser selecionadas artificialmente segundo suas características genéticas.

Filme de Andrew Niccol. Gattaca: experiência genética. EUA. 1997

Esse filme propicia uma reflexão sobre as possibilidades futuras de clonagem e discute aspectos éticos sobre o tema.

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Filme de Steven Spielberg. Jurassic Park: o parque dos dinossauros. EUA. 1993 Filme de Yann Arthus-Bertrand e Michael Pitiot. Planeta Água. EUA. 2012 Filme de Davis Guggenheim. Uma verdade inconveniente. EUA. 2006 Filme de John Lasseter e Andrew Stanton. Vida de inseto. EUA. 1998

••Jurassic

Park: o parque dos dinossauros. Direção de Steven Spielberg, 1993. Universal Pictures, Estados Unidos. (100 min.) Cientistas são convidados a conhecer um parque construído por um pesquisador milionário – o Parque dos dinossauros, em que esses animais extintos voltaram a existir graças a técnicas de clonagem. Além de mostrar os animais mais instigantes da história da Terra, o filme mostra como a manipulação do material genético e o processo de clonagem poderiam trazer espécies extintas à vida, o que nos leva a refletir sobre a probabilidade desses testes e também a ética envolvida no assunto.

••Planeta água. Direção de Yann Arthus–Bertrand e Michael Pitiot, 2012. Paramount Home Entertainment, Estados Unidos. (93 min.)

Nesse documentário são apresentadas imagens fantásticas dos oceanos do planeta, retratando-os dos polos até a linha do Equador. Você observará as relações entre as espécies aquáticas e como elas são impactadas pelas mudanças climáticas e pela poluição. Isso o levará a refletir sobre a ação antrópica no ambiente.

••Uma

verdade inconveniente. Direção de Davis Guggenheim, 2006. Paramount Home Entertainment, Estados Unidos. (100 min.) Vários problemas atribuídos às mudanças climáticas e ao aquecimento global são destacados nesse documentário. Trata-se de um alerta sobre as consequências desse aquecimento, e propõe medidas para tentar amenizar a situação, evitando mais danos ao ambiente e aos seres vivos.

••Vida

de inseto. Direção de John Lasseter e Andrew Stanton, 1998. Columbia Tristar Buena Films of Brasil; Videolar S/A e Globo Comunicação e Participações S/A., Estados Unidos. (95 min.) Nessa animação, você conhecerá Flink, uma formiga operária que luta para proteger o formigueiro em que vive de gafanhotos (predadores). Além de retratar a relação ecológica entre presa e predador, você acompanhará as relações entre os membros do formigueiro, observando como ocorre a divisão de tarefas em uma sociedade de insetos.

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Espaços não formais de ensino-aprendizagem Região Norte Amazonas

Pará

••Instituto de Desenvolvimento Sustentável

••Centro de ciências e Planetário do

Mamirauá

Est. do Bexiga, 2 584 Tefé – AM e-mail: mamiraua@mamiraua.org.br site: <http://tub.im/e85nto>

Estado do Pará - UEPA

Rod. Augusto Montenegro, Km 03, s/n Belém – PA e-mail: planetario.uepa@gmail.com site: <http://tub.im/y6me6y>

••Museu Goeldi o Museu da Amazônia Av. Magalhães Barata, 376 Belém – PA e-mail: sic@museu-goeldi.br site: <http://tub.im/24j84v>

Região Nordeste Alagoas

Paraíba

••Museu de História Natural - UFAL

••Vale dos Dinossauros

Av. Amazonas s/n Maceió – AL e-mail: mhnufal@gmail.com site: <http://tub.im/9e49bt>

••Usina Ciências - UFAL

Av. Aristeu de Andrade, 452 Maceió – AL e-mail: usinaciencia@gmail.com site: <http://tub.im/74gxdm>

Bahia

••Museu de Arqueologia e Etnologia UFBA

Largo Terreiro de Jesus, 101 Salvador – BA e-mail: mae@ufba.br site: <http://tub.im/ucz8tj>

••Museu Geológico da Bahia Av. Sete de Setembro, 2 195 Salvador – BA e-mail: mgb@sde.ba.gov.br site: <http://tub.im/nwx6wb>

BR-230 s/n Sousa – PB site: <http://tub.im/bwuy26>

Pernambuco

••Espaço Ciências

Av. Governador Agamenon Magalhães s/n Olinda – PE e-mail: comunicacaoec@gmail.com site: <http://tub.im/wud7xe>

Piauí

••Museu do Homem Americano

R. Doutor Luiz Paixão, 188 São Raimundo Nonato – PI e-mail: contato@fumdham.org.br site: <http://tub.im/ta2h2m>

Rio Grande do Norte

••Museu de Paleontologia Vingt-Un Rosado

Av. Francisco Mota s/n Mossoró – RN

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Região Centro-Oeste Distrito Federal

Goiás

••Estação de Tratamento de Esgoto

••Memorial do Cerrado

DF 290, Km 20 Gama – DF

••Estação de Tratamento de Água BR-020, Km 17 Planaltina – DF

Av. Bela Vista, Km 02, s/n Goiânia – GO e-mail: its@pucgoias.edu.br site: <http://tub.im/tfz4mz>

Região Sudeste Espírito Santo

••Escola da Ciência – Biologia e História (ECBH)

Av. Diário Lourenço de Souza, 790 Vitória – ES

••Museu de Biologia Prof. Mello Leitão Av. José Ruschi, 4 Santa Tereza – ES

••Museu de Ciências da Vida - UFES Av. Fernando Ferrari, 514 Vitória – ES site: <http://tub.im/ikakgu>

Minas Gerais

••Museu Arqueológico da Lapinha R. Argentina, 588 Lagoa Santa – MG site: <http://tub.im/utr7cr>

••Museu de Ciências da Terra – Alexis Dorofeef

R. José Antônio Rodrigues s/n Viçosa – MG e-mail: mctad@ufv.br site: <http://tub.im/6droff>

••

Museu de Ciências e Técnica – Escola de Minas UFOP Praça. Tiradentes, 20 Ouro Preto – MG e-mail: museu@ufop.br site: <http://tub.im/hc6i8z>

••Museu de Ciências Naturais da PUC Minas

Av. Dom José Gaspar, 290 Belo Horizonte – MG e-mail: museu@pucminas.br site: <http://tub.im/atcimo>

••Museu de História Natural e Jardim Botânico da UFMG

R. Gustavo da Silveira, 1 035 Belo Horizonte – MG e-mail: smuseo@mhnjb.ufmg.br site: <http://tub.im/cz6rwr>

Rio de Janeiro

••Águas de Juturnaíba – Grupo Águas do Brasil

R. João Vasconcelos, 39 Araruama – RJ site: <http://tub.im/eb9eiv>

••Casa da Ciência - UFRJ

R. Lauro Muller, 3 Rio de Janeiro – RJ e-mail: escolas@casadaciencia.ufrj.br site: <http://tub.im/856wwf>

••Espaço Ciência Viva

Av. Heitor Beltrão, 321 Rio de Janeiro – RJ e-mail: museu@cienciaviva.org.br site: <http://tub.im/279ars>

São Paulo

••Catavento Cultural e Educacional Av. Mercúrio s/n São José do Rio Preto – SP e-mail: ouvidoria@cultura.sp.gov.br site: <http://tub.im/aop379>

••Centro Integrado de Ciência e Cultura Av. João Batista Vetorazzo, 500 São José do Rio Preto – SP

••Museu de Arqueologia e Etnologia da USP

R. Prof. Almeida Prado, 1 466 São Paulo – SP e-mail: mae@usp.br site: <http://tub.im/6m3bn6>

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••Museu de Ciências da USP Av. Miguel Stefano, 4 200 São Paulo – SP e-mail: info@eciencias.usp.br

••Museu de História Natural de Taubaté R. Juvenal Dias Carvalho, 111 Taubaté – SP site: <http://tub.im/hxky58>

••Museu de Paleontologia de Marília Av. Sampaio Vidal, 245 Marília – SP

••Museu Escola do Instituto de

Biociências da UNESP de Botucatu R. Prof. Dr. Antônio Celso Wagner Zanin s/n Botucatu – SP e-mail: awasko@ibb.unesp.br site: <http://tub.im/8w3zw8>

••Museu Geológico Valdemar Lefèvre Av. Francisco Matarazzo, 455 São Paulo – SP e-mail: mugeo@igeologico.sp.gov.br site: <http://tub.im/nhmero>

Região Sul Paraná

••Museu de Ciências Naturais - UFPR Av. Cel. Francisco H. dos Santos s/n Curitiba – PR e-mail: biomuseu@ufpr.br

••Museu de História Natural Mozart de

••Museu do Programa de

Pós-Graduação em Genética e Biologia Molecular da UFRGS Av. Bento Gonçalves, 9 500 Porto Alegre – RS site: <http://tub.im/9f5wtp>

Oliveira Vallin

Est. da Margem de Ferro, 336 Cornélio Procópio – PR

••Museu Interdisciplinar de Ciências Pç. Mascarenhas de Moraes, 4 282 Umuarama – PR site: <http://tub.im/5df3os>

••

Parque da Ciência Newton Freire Maia Est. da Graciosa, 7 400 Pinhais – PR e-mail: anisio@parquedaciencia.pr.gov.br site: <http://tub.im/zxhx7j>

Rio Grande do Sul

••Museu de Ciência e Tecnologia PUCRS

Av. Ipiranga, 6 681 Porto Alegre – RS e-mail: mct@pucrs.br site: <http://tub.im/nr7zcc>

••Museu de Ciências Naturais

R. Francisco Getúlio Vargas, 1 130 Caxias do Sul – RS e-mail: etverona@usc.br site: <http://tub.im/kififn>

Santa Catarina

••Jardim Botânico Municipal de São José

R. Acelino Pereira, Quadra 22 São José – SC

••Parque Zoobotânico R. Manoel Tavares s/n Brusque – SC

••Zoo Pomerode

R. Hermann Weege, 180 Pomerode – SC site: <http://tub.im/jg8id9>

••Museu da Terra e da Vida

Av. Pres. Nereu Ramos, 1 071 Mafra – SC e-mail: luizw@unc.br site: <http://tub.im/a9b5ze>

••Museu do Lixo

Rod. Admar Gonzaga, 71 Florianópolis – SC

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Bibliografia AB´SÁBER, Aziz Nacib. Ecossistemas do Brasil. São Paulo: Metalivros, 2009.

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CAMARGO, Ana Luiza de Brasil. Desenvolvimento sustentável: dimensões e desafios. 2. ed. Campinas: Papirus, 2003.

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Lista de siglas Enem

Exame Nacional do Ensino Médio Faculdade de Tecnologia do Estado de São Paulo

Fatec-SP

Faculdade de Medicina de Jundiaí

Universidade Federal do Amazonas

UFAM UFC-CE

Universidade Federal do Ceará

UFF-RJ

Universidade Federal Fluminense

FURG-RS

Universidade Federal do Rio Grande

UFG-GO

Universidade Federal de Goiás

Fuvest-SP

Fundação Universitária para o Vestibular

UFGD-MS

FMJ-SP

Mackenzie-SP

Universidade Presbiteriana Mackenzie

PUC-RS Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul Udesc-SC UECE

Universidade do Estado de Santa Catarina

Universidade Estadual do Ceará

UEL-PR

Universidade Estadual de Londrina

UEM-PR

Universidade Estadual de Maringá

UEPB

Universidade Estadual da Paraíba

UFPE

Universidade de Pernambuco

UFRGS-RS UFRN UFSC UFT

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Universidade Federal do Rio Grande do Norte Universidade Federal de Santa Catarina Universidade Federal do Tocantins

Unesp-SP USP

Universidade Federal da Grande Dourados

Universidade Estadual Paulista

Universidade de São Paulo

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