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Manual do Professor

27501COL20

Biologia COMPONENTE CURRICULAR

BIOLOGIA 1o ANO ENSINO MÉDIO

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Manual do Professor

27501COL20

Biologia COMPONENTE CURRICULAR

BIOLOGIA 1o ANO ENSINO MÉDIO

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Componente curricular

BIOLOGIA 1o ano EnSINO MÉDIO

Sônia Lopes Licenciada em Ciências Biológicas e Doutora em Ciências pela Universidade de São Paulo Professora Doutora do Departamento de Zoologia do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo

Sergio Rosso Licenciado em Ciências Biológicas e Doutor em Ciências pela Universidade de São Paulo Professor Doutor do Departamento de Ecologia do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo 2ª- edição São Paulo – 2013

MANUAL DO PROFESSOR

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BIO, volume 1 © Sônia Lopes, Sergio Rosso, 2013 Direitos desta edição: Saraiva S.A. – Livreiros Editores, São Paulo, 2013 Todos os direitos reservados

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

Lopes, Sônia

Bio : volume 1 / Sônia Lopes, Sergio Rosso. -2. ed. -- São Paulo : Saraiva, 2013.

Suplementado pelo manual do professor ISBN 978-85-02-19181-5 (aluno) ISBN 978-85-02-19182-2 (professor) 1. Biologia (Ensino médio) I. Rosso, Sergio. II. Título.

13-03469

CDD – 574.07

Índices para catálogo sistemático: 1. Biologia : Ensino médio

Gerente editorial Editor Editores-assistentes Coordenador de revisão Revisores Assistente de produção editorial Coordenador de iconografia Pesquisa iconográfica Licenciamento de textos Gerente de artes Coordenador de artes Produtor de artes

574.07

M. Esther Nejm Maíra Rosa Carnevalle João Paulo Bortoluci e Paula Signorini Camila Christi Gazzani Jaime Rodrigues Leal, Rita de Cássia Sam, Tássia Carvalho Rachel Lopes Corradini Cristina Akisino Érica Brambila Marcia Alessandra Trindade, Roberto Silva Ricardo Borges Vagner Castro dos Santos Narjara Lara

Foto da capa

Coruja-buraqueira – Zig Koch/Natureza Brasileira

Diagramação

Rodrigo Bastos Marchini

Ilustrações

Assistentes de artes Assistentes de produção de artes Tratamento de imagens

Alberto de Stefano, Alex Argozino, Alex Silva, BIS, Conceitograf, Estúdio Ampla Arena, Jurandir Ribeiro, Leonardo Teixeira, Luis Moura, Mario Yoshida (mapas), Osni de Oliveira, Paulo César Pereira, Rodval Matias Rickardo, Sandro Castelli, SIC, Studio Caparroz, Walter Caldeira, Wilson Jorge Filho, Ligia Duque Daniela Máximo, Regiane Santana Jacqueline Ortolan, Paula Regina Costa de Oliveira Emerson de Lima

Impressão e acabamento Impresso no Brasil – 2013  1

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O material de publicidade e propaganda reproduzido nesta obra está sendo utilizado apenas para fins didáticos, não representando qualquer tipo de recomendação de produtos ou empresas por parte do(s) autor(es) e da editora. Nos livros desta coleção são sugeridos vários experimentos. Foram selecionados experimentos seguros, que não oferecem risco aos alunos. Ainda assim, recomendamos que professores, pais ou responsáveis acompanhem sua realização atentamente.

Rua Henrique Schaumann, 270 – Cerqueira César – São Paulo/SP – 05413-909 Fone: (11) 3613 3000 – Fax: (11) 3611 3308 Televendas: (11) 3616 3666 – Fax Vendas (11) 3611 3268 www.editorasaraiva.com.br

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Atendimento ao professor: (11) 3613 3030 – Grande São Paulo 0800 0117875 – Demais localidades atendprof.didatico@editorasaraiva.com.br

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Apresentação

Conversando com você, estudante É um prazer para nós saber que está usando este livro. Ele foi escrito com muita dedicação e cuidado, visando oferecer a você um bom material de estudo. Nossa proposta é aproximar o universo biológico das questões cotidianas, abrindo espaços para a reflexão e o desenvolvimento do espírito crítico e de valores voltados para a cidadania. Procuramos apresentar a Biologia de maneira integrada, relacionando várias subáreas entre si e também com outras áreas do saber. Para que possa aproveitar melhor esta coleção, recomendamos que, primeiro, conheça a estrutura do livro, descrita nas páginas seguintes. Mesmo sendo um livro bem completo, ele não substitui seus professores. São eles que estarão sempre ao seu lado, pessoalmente, contribuindo ainda mais para sua formação. Aproveite essa oportunidade e estude muito. Seu futuro agradecerá! Esperamos que você, ao estudar Biologia, aprenda a amar e a respeitar cada vez mais a vida.

Com carinho, Os autores

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Conheça seu livro

Aberturas de unidade Cada unidade aborda um grande tema da Biologia e inicia-se com página dupla, com destaque para uma fotografia e sua legenda. Uma frase instigante faz pensar sobre o que será estudado, e um texto explora alguns dos inúmeros pontos de relevância do estudo.

Nossa intenção é motivar você para o estudo dos capítulos que compõem a unidade.

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Abertura de capítulo

Conteúdo do capítulo

Colocando em foco

Despertando ideias

Cada capítulo inicia-se com uma página de abertura que tem dois objetivos principais: despertar seu interesse pelo assunto e abrir espaço para que você diga o que já conhece a respeito do que será discutido.

O capítulo foi escrito pensando em aproximar você dos conceitos básicos da Biologia, relacionando-os sempre que possível a outras áreas do saber.

Destaca aspectos da Biologia ligados ao cotidiano, saúde, cidadania, interdisciplinaridade, ética e sociedade, além de curiosidades científicas. Nosso objetivo é aproximar ainda mais o conteúdo de você.

Antes de um tema ser abordado no capítulo, esse quadro visa levantar questionamentos e abrir espaço para discussões sobre assuntos que serão tratados a seguir.

Analise com cuidado a fotografia em destaque, bem como o pequeno texto sobre ela, e responda as questões da seção Pense Nisso.

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A linguagem é clara e objetiva, enriquecida com imagens que complementam e ilustram as explicações.

Você vai encontrar propostas de experimentos e outras atividades práticas, além de questões desafiadoras.

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Recursos digitais Os símbolos a seguir estão distribuídos ao longo deste livro. Eles indicam os recursos que você poderá acessar na versão digital da obra.

Interativo

Mapa

Slideshow

Tema para discussão

Retomando

Nesta seção, há textos que ampliam a visão sobre o assunto do capítulo. As questões orientam a troca de ideias, o debate, a produção e a divulgação dos saberes, valorizando a cidadania.

Momento de retomar a conversa iniciada na abertura do capítulo. Verifique como os novos conhecimentos que você adquiriu relacionam-se com as respostas dadas no começo do estudo. Essa reflexão é fundamental para sua aprendizagem. Pare, reflita, pondere, reveja seus conhecimentos e estruture o que aprendeu.

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Vídeo

Ampliando e integrando conhecimentos Atividades diversificadas e pautadas no desenvolvimento de competências e habilidades, como as exigidas pelo Enem. Aqui há muitas propostas de trabalho em grupo.

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Testes Testes do Enem e de alguns vestibulares do país, selecionados para que você tenha uma amostra de como os conceitos discutidos no capítulo têm sido cobrados nos principais exames de ingresso no Ensino Superior.

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Indagação Científica Nessa seção, elaboramos duas atividades para que você entre em contato com os procedimentos científicos de forma mais intensa. Você vai atuar como um pesquisador, produzindo conhecimento. As respostas não são previamente conhecidas por ninguém. Você vai elaborar hipóteses, planejar procedimentos para testá-las, obter resultados e refletir sobre eles. Nessa reflexão, novas perguntas podem surgir, gerando uma nova indagação científica.

Livro não consumível

Gabarito Aqui trazemos as respostas dos testes para você conferir e estudar com mais autonomia.

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Sugestões de consulta Selecionamos algumas fontes de referência visando oferecer a você mais opções para se aprofundar nos estudos.

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Sumário Unidade 1

O mundo em que vivemos

Capítulo 1 • Introdução à Biologia

Capítulo 3 • E  cossistemas terrestres

e aquáticos

Pense nisso................................................................................... 14 Biologia: ciência da vida................................................. 15

1.

Colocando em foco: a ISO, o verde e você........................... 16

2. A Biologia como ciência. ................................................ 16

Despertando ideias: E agora? Será que quebrou?........... 17

3. Biologia e outros saberes............................................... 19

4. Os níveis hierárquicos de organização biológica.... 20

5.

Despertando ideias: Vida em Marte?.................................. 21

Características dos seres vivos...................................... 21

6. Evolução, o princípio unificador da Biologia........... 23

Despertando ideias: Jogo presa-predador........................ 24

Colocando em foco: seleção natural e resistência de bactérias a antibióticos?........... 27

Tema para discussão: Afinal, o que é vida?...................... 27

Retomando ................................................................................ 29

Ampliando e integrando conhecimentos . ....................... 30

Testes............................................................................................ 32

Capítulo 2 • I ntrodução à Ecologia

Pense nisso ................................................................................. 34

1.

2.

3.

Despertando ideias: Efeito estufa e aquecimento . ...... 37

4.

Despertando ideias: Será que os raios solares atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade? ..................... 40

Colocando em foco: o perigo da destruição da camada de ozônio ............................ 43

5.

Ecologia . ............................................................................. 35 A hipótese Gaia . ............................................................... 35

A atmosfera e o efeito estufa . ..................................... 36

Pense nisso .................................................................................. 54

1.

2.

3.

Colocando em foco: as fontes termais submarinas ..... 66 3.2. Lagos e rios ............................................................ 67

Tema para discussão: Ecologia Urbana . ........................... 46

Retomando ................................................................................ 47

Ampliando e integrando conhecimentos . ....................... 47

Testes ........................................................................................... 52

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Ecossistemas aquáticos ................................................. 64 3.1. Os oceanos ............................................................. 65

Tema para discussão: O fogo: inimigo ou amigo? .........68

Retomando ................................................................................ 69

Ampliando e integrando conhecimentos . ........................70

Testes ............................................................................................ 76

Capítulo 4 • E  strutura dos

ecossistemas, fluxo de energia e ciclo da matéria

O efeito da altitude no clima ....................................... 43

Colocando em foco: El Niño e La Niña e sua ação no clima ..................................... 44

Biomas do Brasil . ............................................................. 60 Amazônia .............................................................. 60 Mata atlântica ....................................................... 61 Caatinga ................................................................. 62 Cerrado ................................................................... 62 Campo sulino ........................................................ 63 Pantanal . ................................................................ 63 Manguezal: um ecossistema especial ........... 64

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7.

Os grandes padrões climáticos . .................................. 39

6. O efeito dos oceanos no clima ..................................... 44

Os grandes ecossistemas terrestres . ...........................55 1.1. Tundra ..................................................................... 56 1.2. Floresta boreal ...................................................... 56 1.3. Floresta temperada sazonal ............................. 56 1.4. Floresta temperada pluvial .............................. 57 1.5. Floresta tropical pluvial . ................................... 57 1.6. Savanas ................................................................... 58 1.7. Chaparral . .............................................................. 58 1.8. Campos temperados . ......................................... 59 1.9. Desertos .................................................................. 59

Pense nisso ................................................................................. 78

1.

2.

Despertando ideias: Ciclo de matéria e fluxo de energia em um ecossistema ........ 80

3.

Hábitat e nicho ecológico .............................................. 79

O  s componentes estruturais de um ecossistema ....................................................................... 79

Cadeia e teia alimentar . ................................................ 80

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4.

5.

Os níveis tróficos . ............................................................ 83

Pirâmides ecológicas ...................................................... 84 5.1. Pirâmide de números ......................................... 84 5.2. Pirâmide de biomassa ........................................ 84 5.3. Pirâmide de energia . .......................................... 85

6. Modelo do fluxo energético ......................................... 86 7.

Despertando ideias: Medindo a umidade relativa do ar ..................................................... 88 7.2. Ciclo do carbono .................................................. 90 7.3. Ciclo do oxigênio .................................................. 91

Colocando em foco: proteção da camada de ozônio .... 91 7.4. Ciclo do nitrogênio .............................................. 92

Colocando em foco: adubação verde e adubação química ................................................ 93

Tema para discussão: A crise mundial da água ..............94 Retomando .................................................................................95

Ampliando e integrando conhecimentos . ........................95

Testes ............................................................................................98

Capítulo 5 • C  omunidades e

populações

Pense nisso ............................................................................... 100

1.

Características estruturais de uma comunidade ..................................................... 101

Retomando ............................................................................... 117

Ampliando e integrando conhecimentos . ...................... 118

Testes .......................................................................................... 121

Capítulo 6 • A  quebra do

equilíbrio ambiental

Pense nisso................................................................................ 124

1.

Introdução......................................................................... 125

2.

Alterações bióticas nos ecossistemas........................125 2.1. Introdução de espécies...................................... 125 2.2. Extinção de espécies........................................... 125

Colocando em foco: peixe-boi – mamífero aquático ameaçado de extinção.................... 126

3.

Alterações abióticas.........................................................127 3.1. Poluição sonora..................................................... 127 3.2. Poluição térmica................................................... 127 3.3. Poluição do ar........................................................ 128 3.4. Poluição por elementos radiativos ................ 130 3.5. Poluição por substâncias não biodegradáveis .................................................... 130

Colocando em foco: controle de pragas por feromônios .........................................132 3.6. Poluição por derramamento de petróleo ..... 132 3.7. Poluição por eutroficação ................................. 133 3.8. O lixo ........................................................................ 133

A dinâmica das comunidades: sucessão ecológica . .......................................................................... 101

Colocando em foco: f loresta amazônica – uma comunidade clímax ....................... 103

Colocando em foco: biorremediação . ...............................135

4.

Pegada ecológica ............................................................ 136 Desenvolvimento sustentável .....................................137

2.

3.

4.

Interações entre populações de uma comunidade .................................................................... 105 3.1. Interações intraespecíficas . ........................... 105 3.2. Interações interespecíficas ............................. 108

Ecologia das populações .............................................. 112 4.1. Principais características de uma população . ............................................ 112

Colocando em foco: já passamos do limite? . ................. 114 4.2. Fatores reguladores do tamanho da população ............................................................. 115

Unidade 2 de hoje

Pense nisso ............................................................................... 150

1.

lntrodução ........................................................................ 151

2.

A origem dos seres vivos .............................................. 151 2.1.

Biogênese versus abiogênese .......................... 151

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5.

Colocando em foco: reservas extrativistas, uma experiência exclusivamente brasileira em desenvolvimento sustentável......................................... 139

Tema para discussão: Código Florestal............................. 139

Retomando ................................................................................ 141

Ampliando e integrando conhecimentos . ...................... 141

Testes .......................................................................................... 145

Origem da vida e Biologia celular

Capítulo 7 • D  as origens aos dias

Tema para discussão: Um exemplo real de desequilíbrio ecológico .............. 117

Os ciclos biogeoquímicos .............................................. 87 7.1. Ciclo da água ......................................................... 87

Despertando ideias: “Bicho da goiaba, goiaba é!” . ..... 151

Colocando em foco: qual a relação entre Pasteur e os alimentos pasteurizados? . .... 154

3.

Colocando em foco: será que estamos sozinhos no Universo? .................................... 156

Hipóteses sobre a origem da vida ............................. 155 3.1. Origem por criação divina (criacionismo) ..... 155 3.2. Origem extraterrestre (panspermia) ........... 155

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Origem por evolução química: a hipótese de Oparin e Haldane ......................................... 156 Outras hipóteses . ............................................... 158

Colocando em foco: nutrição proteica e desnutrição ...................................... 197

A evolução do metabolismo energético ................. 159 4.1. Hipótese heterotrófica . ................................... 159 4.2. Hipótese autotrófica ........................................ 160

9.

Tema para discussão: Contando calorias ....................... 199

3.3. 3.4. 4.

5.

Os primeiros seres vivos ............................................... 161

6.

O surgimento das células mais complexas: as eucarióticas ............................................................... 163

Despertando ideias: Por que tantas membranas internas? .......................................... 163

Os ácidos nucleicos ....................................................... 198

Retomando .............................................................................. 201

Ampliando e integrando conhecimentos . ..................... 201

Testes ........................................................................................ 204

Capítulo 9 • C  itologia e

envoltórios celulares

7.

O surgimento dos seres multicelulares eucariontes . ..................................................................... 165

8.

 dinâmica da Terra e da vida ao longo do A tempo ................................................................................ 166

Pense nisso............................................................................... 206

1.

Introdução ....................................................................... 207

Colocando em foco: uma injustiça histórica . ................ 167

2.

Um pouco de história ................................................... 207

Colocando em foco: o que aconteceu na era do gelo? . ................................................... 171

3.

Atuais microscópios de luz ........................................ 208

Extinção em massa ........................................................ 172

4.

Células observadas ao microscópio de luz ........... 209

Colocando em foco: preparação de células para observação ao microscópio de luz ................................................. 209

9.

Tema para discussão: Por que os dinossauros foram extintos? ......................................... 173

Retomando ............................................................................... 174

5.

Ampliando e integrando conhecimentos . ...................... 175

6. Poder de aumento e de resolução ............................. 212

Testes .......................................................................................... 178

7.

Medidas usadas no estudo das células ................... 213

8.

A teoria celular ................................................................ 213

9.

Como vamos estudar as células . .............................. 214

10. Os envoltórios celulares . ............................................. 214

Colocando em foco: membranas e bolhas de sabão ................................................... 215 10.2. Envoltórios externos à membrana plasmática . ................................... 216

Capítulo 8 • A  química da vida

Pense nisso ............................................................................... 179

1.

Introdução ....................................................................... 180

2.

A água ............................................................................... 180

Despertando ideias: Capilaridade . ................................... 181

3.

Sais minerais ................................................................... 183

4.

Vitaminas . ....................................................................... 184

5.

Carboidratos . .................................................................. 5.1. Monossacarídeos ............................................... 5.2. Dissacarídeos ...................................................... 5.3. Polissacarídeos ...................................................

186 186 186 186

Despertando ideias: Detecção de amido nos alimentos .......................................... 187 5.4. Carboidratos na alimentação humana ........ 187

6.

Lipídios .............................................................................. 188 6.1. Carotenoides ....................................................... 188 6.2. Triglicerídeos . ..................................................... 188

Colocando em foco: margarinas, gordura vegetal hidrogenada e gordura trans . ..... 189 6.3. Fosfolipídios ........................................................ 189 6.4. Cerídeos ................................................................ 190 6.5. Esteroides ............................................................. 190

Colocando em foco: esteroides anabolizantes ............. 192

7.

8.

Proteínas .......................................................................... 7.1. Aminoácidos . ...................................................... 7.2. Ligação peptídica ............................................... 7.3. Estrutura da proteína . .....................................

192 192 193 194

Enzimas . ........................................................................... 195 8.1. Fatores que influenciam a atividade enzimática ........................................................... 196

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Microscópios eletrônicos . ............................................ 211

10.1. Membrana plasmática . ................................... 214

11. P rocessos de troca entre a célula e

12. Concentração de uma solução .................................. 218

13. Difusão ............................................................................. 219

14. Osmose ............................................................................. 220

Despertando ideias: Realizando experimento ............. 220

Despertando ideias: Interpretando experimentos . ... 222

Colocando em foco: por que saladas não devem ser temperadas muito antes de serem consumidas? ................. 224

15. Difusão facilitada . ........................................................ 224

Colocando em foco: exemplo da importância clínica do transporte através de membrana .................................. 225

16. Bomba de sódio e potássio –

17. Endocitose e exocitose ................................................. 227

Colocando em foco: combate a infecções e “limpeza” de nosso corpo ............ 229

Tema para discussão: Pelos caminhos das descobertas científicas ............. 229

Retomando .............................................................................. 232

Ampliando e integrando conhecimentos . ..................... 232

Testes ......................................................................................... 234

o meio externo ............................................................... 218

um processo ativo ......................................................... 226

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Capítulo 10 • O  citoplasma

Respiração . ...................................................................... 274 5.1. Glicólise . ............................................................... 275 5.2. Formação de acetil-CoA e ciclo de Krebs .... 276

5.

Colocando em foco: ciclo de Krebs, a grande encruzilhada metabólica da célula ............................................ 277 5.3. Cadeia respiratória . .......................................... 278

6.

Tema para discussão: Como adquirir um bom condicionamento físico . ........... 281

Pense nisso ............................................................................... 236

1.

Despertando ideias: Construindo modelos de estrutura celular . ......................... 240

2.

Citoesqueleto ................................................................... 241

3.

Centríolos, cílios e flagelos ......................................... 242

4.

Ribossomos . .................................................................... 243

5.

Peroxissomos .................................................................. 245

Colocando em foco: peroxissomos e doenças . ............. 245

Retomando .............................................................................. 282

Ampliando e integrando conhecimentos . ..................... 282

Testes ........................................................................................ 286

Comparando células procarióticas com eucarióticas . ................................................................... 237

6. Retículo endoplasmático ............................................ 245

Colocando em foco: o retículo endoplasmático e a tolerância ao álcool ................ 246

7.

8. Lisossomos ...................................................................... 248

Colocando em foco: lisossomos e doenças humanas .......................................... 249

9.

Despertando ideias: Separando e identificando pigmentos . ...................................... 250

10. Vacúolo pulsátil .............................................................. 251

11. Plastos ............................................................................... 252

12. Mitocôndrias . ................................................................. 252

Tema para discussão: Citoesqueleto, cílios, flagelos e você .............................. 253

Complexo golgiense . .................................................... 247 8.1. 8.2.

Capítulo 12 • N  úcleo, divisões

celulares e reprodução

Função heterofágica ........................................ 248 Função autofágica ............................................ 249

Vacúolo de suco celular ............................................... 250

Retomando .............................................................................. 254

Ampliando e integrando conhecimentos . ..................... 254

Testes ......................................................................................... 257

Capítulo 11 • M  etabolismo

energético

Fermentação ................................................................... 279 6.1. Fermentação lática ........................................... 279 6.2. Fermentação alcoólica .................................... 280

Pense nisso ............................................................................... 287

1.

Núcleo .............................................................................. 288

Despertando ideias: A importância do núcleo . .......... 288

2.

Envelope nuclear . ......................................................... 289

3.

Nucleoplasma e cromatina ....................................... 289

4.

Nucléolo . ......................................................................... 290

5.

Divisão celular: noções gerais . .................................. 291

6.

Ciclo celular ..................................................................... 292

7.

Interfase ........................................................................... 292

Colocando em foco: entendendo a base biológica do câncer .......................................... 294 7.1. O controle do ciclo celular ............................... 295

8.

Mitose em células animais ......................................... 295 8.1. Prófase .................................................................. 295 8.2. Metáfase . ............................................................ 296 8.3. Anáfase ................................................................ 296 8.4. Telófase e citocinese ......................................... 297

Pense nisso ............................................................................... 258

1.

Reações químicas, acoplamento de reações e ATP . ................................................................................. 259

Colocando em foco: cariótipo e idiograma . ................. 298

9.

2.

 ransportadores de hidrogênio: T NAD +, NADP+ e FAD ........................................................ 261

10. Meiose .............................................................................. 299

3.

Fotossíntese . ................................................................... 262

Despertando ideias: Luz e fotossíntese .......................... 262 3.1. Origem do oxigênio e fotossíntese bacteriana ............................................................ 263 3.2. Luz e pigmentos fotossintetizantes ............ 264

11. A divisão celular das bactérias .................................. 303

12. Reprodução . .................................................................... 303

Mitose em células vegetais . ...................................... 299 10.1. Meiose I ................................................................ 300 10.2. Meiose II . .............................................................. 302

12.1. Reprodução assexuada . .................................. 303 12.2. Reprodução sexuada ....................................... 304

Despertando ideias: A influência da luz na percepção das cores . .................... 265

Despertando ideias: Quais comprimentos de onda são importantes para a fotossíntese? ................................... 265 3.3. As etapas da fotossíntese . .............................. 267

Tema para discussão: Consequências da não disjunção dos cromossomos na meiose humana .................... 304

Retomando ............................................................................. 306

Ampliando e integrando conhecimentos . .................... 306

Testes .......................................................................................... 310

Colocando em foco: como milho, abacaxi e outras plantas tropicais fixam carbono? ............................... 272

4.

Quimiossíntese .............................................................. 274

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Indagação científica ...................................................... 312 Sugestões de consulta .................................................. 318 Gabarito ................................................................................ 320

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O mundo em que vivemos

Unidade 1

O que guia a vida é… um pequeno fluxo, mantido pela luz do Sol.

Luiz Claudio Marigo

Albert Szent-Györgyi (1893-1986), fisiologista húngaro ganhador do prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia de 1937, por seus estudos relacionados ao ácido ascórbico (vitamina C).

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Por que estudar o mundo em que vivemos? Uma resposta direta e óbvia da importância de estudarmos o mundo em que vivemos é o fato de morarmos nele. Para que a vida continue a existir neste mundo, precisamos entender como ele funciona, quais são os elementos que o compõem e como esses elementos interagem. Precisamos saber quais são e como são os seres vivos que compartilham o planeta com nossa espécie, quais as interações entre os diferentes seres vivos e entre eles e os fatores físicos e químicos do ambiente, de modo que possamos ter uma visão mais abrangente e responsável sobre nossos atos. E não é só isso! Nosso planeta não está só no Universo. A vida na Terra só existe devido a uma infinidade de fenômenos cósmicos muito especiais envolvendo energia e matéria. Conhecer um pouco sobre o Universo é importante para entender a vida e o planeta em que vivemos e, consequentemente, fazer escolhas mais conscientes sobre estilo de vida, o que inclui a conduta em relação ao uso sustentável do planeta. Convidamos você a desvendar a intrincada rede de interações que existe entre os diferentes componentes do mundo do qual você faz parte.

Entender a vida e seus mistérios nos desperta para olharmos o mundo com mais responsabilidade.

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Introdução à Biologia luCiaNO CaNDisaNi

Cap tulo 1

Figura 1.1. Descobrir a natureza, desvendar seus mistérios, mergulhar em sua fisionomia. Escolhemos uma fotografia da nascente do Rio Sucuri, no Mato Grosso do Sul, para fazer um convite mais do que especial: ingressar no universo da Biologia. As águas cristalinas, com peixes e plantas aquáticas, assim como as árvores do entorno, formam uma paisagem que instiga o desejo por saber mais. Desfrute dessa imagem e embarque nessa viagem de grandes aprendizados.

• O que você espera aprender estudando Biologia?

• Como essa ciência pode contribuir para sua formação como cidadão?

• Se você fosse estudar a nascente do Rio Sucuri, por onde começaria? Como organizaria seu estudo? Quais fatores levaria em consideração? O que procuraria investigar? 14

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1. Biologia: ciência da vida vos, produção de organismos transgênicos, clonagem, células-tronco e problemas com o lixo e com o esgoto, seus valores éticos serão importantes para a sua análise crítica nas discussões. Falamos em cidadania quando nos referimos a um conjunto de normas que garantem a todos nós a possibilidade de participar ativamente da vida e do governo de nosso povo. Exercer cidadania é justamente ser ativo nessa tarefa. Para que sejamos cidadãos responsáveis, devemos ser capazes de fazer escolhas, conscientes dos nossos direitos e deveres como indivíduos e dos direitos e deveres das outras pessoas, buscando o nosso bem-estar e o da coletividade. Exercemos cidadania quando analisamos questões que permeiam os âmbitos social, político e econômico como a implantação de indústrias em determinadas regiões, o controle de poluentes, a construção de estradas, edifícios, usinas hidrelétricas e muitos outros casos. Nesses exemplos, é importante, como cidadão, ter noções mínimas de características do meio ambiente para poder avaliar ou reconhecer diversas opiniões sobre o assunto. Devemos estar atentos se medidas de respeito à natureza estão sendo empregadas e se as intervenções humanas no ambiente trarão ou não prejuízos. É importante procurar saber se uma determinada obra terá um desenvolvimento eficiente em termos ecológicos, ou seja, se as interações entre as intervenções humanas e o ambiente não trarão prejuízos para o ambiente e os seres vivos. Ao longo dos livros desta coleção, você encontrará situações nas quais poderá atuar como multiplicador de princípios e atitudes éticas junto à sua comunidade. Essa é uma forma de mobilização popular e você estará exercendo cidadania.

Firstlight / Other Images

A palavra biologia significa "estudo da vida" (do grego bíos = vida; logia = estudo) e é empregada para denominar uma ciência que se preocupa em compreender os mecanismos que regem a vida. Na Biologia estuda-se, por exemplo, a origem e a evolução dos seres vivos, as relações dos seres vivos entre si e com o meio ambiente, o modo como os organismos se mantêm vivos e se reproduzem e noções de higiene e saúde. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), o estado de saúde de uma pessoa envolve o completo bem-estar físico, mental e social, e não apenas a ausência de doenças. Noções de higiene e saúde são importantes, pois estamos a todo o momento tomando decisões sobre o que e quando comer ou beber, por que e quais exercícios físicos fazer, enfim, sobre muitos aspectos que compõem o nosso estilo de viver (fig. 1.2). Estudar Biologia também nos ajuda a entender os mecanismos básicos relacionados à alimentação, ao sexo, às doenças sexualmente transmissíveis como a Aids e discute os malefícios do fumo, das bebidas alcoólicas e de outras drogas. Deste modo, procuraremos levar a você conhecimentos importantes para que suas escolhas quanto à manutenção da saúde sejam conscientes e para que você tome decisões mais responsáveis sobre a sua própria vida. O estudo da Biologia, assim como de outras disciplinas, deve proporcionar a você a possibilidade de entrar em contato com diversas questões ligadas à ética e à cidadania. Falamos em ética quando nos referimos a valores e princípios que norteiam a conduta humana, buscando o bem social. Por exemplo, ao tratarmos de temas como manipulação do material genético dos seres vi-

F igura 1.2. Um dos caminhos para o bem-estar é a interação física e mental saudável com a natureza que nos cerca e da qual fazemos parte.

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Colocando em foco: a ISO, o verde e você

O conjunto de sistemas de gestão de qualidade compõe a chamada ISO 9 000. Ela garante ao consumidor que padrões internacionais foram tomados para assegurar a sua qualidade final. Para a empresa, a ISO 9 000 proporciona maior aceitação de seus produtos e serviços pelos consumidores e pelos mercados internacionais, já que alguns exigem essa certificação para a entrada deles em seus países.

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A International Standardization Organization (ISO), que em português significa “Organização Internacional de Normatização”, é uma entidade mundial fundada em 1947 para desenvolver normas internacionais que garantam a qualidade dos produtos da indústria e do comércio. s t h iNK

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Figura 1.3. A ISO verde é uma norma internacional que estabelece diretrizes para a gestão ambiental nas empresas.

Atualmente, a ISO também certifica empresas com base na ISO 14 000, a chamada ISO verde (fig. 1.3). O objetivo dessas novas normas é estabelecer diretrizes para a gestão ambiental nas empresas, no que diz respeito aos impactos imediatos e de longo prazo, tanto de produtos como de projetos e processos industriais. Ao considerar esses impactos, devemos sempre procurar conhecer sua origem, de maneira que o planejamento permita que eles sejam evitados ou reduzidos. Para tanto, o conhecimento que a Biologia gera é fundamental. No mundo corporativo atual, nem sempre a “consciência ecológica” é suficiente para que uma empresa resolva adotar a ISO verde. No entanto, há diversos outros motivos para que isso seja feito, dentre os quais podemos citar: • aumento na fiscalização governamental, que está mais atenta aos desvios operacionais. Isso tem levado as empresas a adotar sistemas de gestão que diminuam as ocorrências de acidentes ambientais ou desastres ecológicos; • acidentes ambientais são passíveis de processos e multas; • desejo de lucrar com o mercado de “produtos verdes”, isto é, ecologicamente corretos; • otimização de processos com foco em maiores lucros — redução da geração de resíduos empregando processos mais “enxutos” que diminuam o desperdício de matéria-prima e de energia; • altos custos das apólices de seguro por acidentes ecológicos. E você? Considerando seus valores éticos, quais seriam seus motivos, como cidadão, para comprar um produto com certificação ISO verde? Texto escrito especialmente para este livro por Carlos Eduardo Rogério, administrador de empresas.

2. A Biologia como ciência A palavra “ciência” vem do latim scientia, que significa conhecimento. O termo “ciência” pode ser interpretado de diferentes maneiras, que são amplamente discutidas na área da Filosofia. Adotaremos como concepção de Ciência um modo organizado de buscar e analisar evidências sobre a história e o funcionamento do mundo natural. Assim, um dos objetivos da Ciência é fornecer explicações para eventos do mundo natural. Outro objetivo é usar essas explicações para entender padrões na natureza e fazer previsões do que pode acontecer em dados eventos naturais. A Ciência gera conhecimento e é dinâmica, ou seja, está em constante desenvolvimento. Embora a quantidade de conhecimentos científicos esteja crescendo rapidamente e hoje saibamos bastante sobre o mundo natural, há ainda muitos

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conhecimentos a serem produzidos e descobertos. Muitas perguntas sobre a vida, sobre o mundo e sobre fenômenos que observamos ainda nem foram feitas, e há perguntas que, apesar de já terem sido feitas, continuam sem respostas, mesmo que muitas pessoas tenham colaborado e estejam colaborando para solucioná-las. Pode parecer estranho, mas quase todas as descobertas científicas trazem mais perguntas do que respostas. Em certos casos, descobertas nos levam a interpretações completamente diferentes das que tínhamos até então, mudando nossa visão de mundo. Isso é uma consequência do dinamismo da Ciência. A construção do conhecimento científico é feita com base em princípios que compõem a metodologia científica.

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E agora? Será que quebrou? antes de falarmos mais sobre metodologia científica, vamos pensar em uma situação do cotidiano. Por exemplo: você está ouvindo música e, de repente, o rádio para de funcionar. O que você faz? antes de continuar a sua leitura, pare um pouco, pense e responda o que você faria. Você poderia usar os conhecimentos que tem sobre o funcionamento de um rádio e propor uma ideia que possa ser testada, tentando explicar por que ele parou de funcionar. Você poderia pensar: as pilhas estão fracas. Para testar essa ideia, você troca as pilhas por novas e tenta ligar o equipamento novamente. se o aparelho voltar a funcionar, dizemos que essa ideia foi corroborada, ou seja, o rádio ter voltado a funcionar confirma a ideia de que as pilhas estavam fracas. se continuar não acontecendo nada, a ideia deve ser substituída por outra que possa ser testada, e assim por diante, até que se descubra o que aconteceu. Proponha outra situação do seu cotidiano que se assemelhe ao problema do rádio que parou de funcionar. Procure estabelecer procedimentos para solucioná-lo.

Professor(a), é importante desenvolver com os estudantes a atividade 1: "Desvendando a caixa-preta", descrita no manual do Professor na seção 10.2. Com ela pode-se trabalhar elaboração de hipóteses, interpretação de resultados e elaboração de modelos.

A metodologia científica assemelha-se ao processo de descobrir porque o rádio parou de funcionar: a partir de uma pergunta buscamos respostas com base no que já sabemos sobre aquele assunto e formulamos uma explicação que possa ser testada, a hipótese. As hipóteses, para serem consideradas científicas, precisam ser testáveis, ou seja, passíveis de testes. As hipóteses não podem ser provadas, apenas validadas, pois, mesmo depois de mil resultados de acordo com uma hipótese, basta um resultado contrário para derrubá-la. Vamos ver um exemplo. Considere a pergunta: qual a cor das penas dos cisnes? Com base em observações prévias em vários lagos, minha hipótese é de que todos os cisnes são brancos. Agora preciso testar essa hipótese fazendo uma dedução. SE todos os cisnes são brancos, ENTÃO o próximo cisne que eu encontrar será branco. Posso encontrar centenas de cisnes brancos que comprovam essa hipótese, mas basta encontrar apenas um cisne negro que a hipótese é refutada. Por mais estranho que pareça, uma hipótese, para ser científica, precisa ser falseável. Essa maneira de estruturar a investigação é chamada de hipotético-dedutiva; a partir do geral procura-se explicar o particular. A dedução é uma previsão sobre quais resultados deveríamos esperar se uma hipótese for correta. O teste da hipótese pode ser feito de diferentes maneiras, com experimentos, com a observação da natureza e com a interpretação do que foi observado. Muitas vezes as respostas às perguntas são buscadas por meio da chamada narrativa histórica, em que evidências concretas de fatos passados são interpretadas, e essas interpretações, por mais lógicas que sejam, nem sempre podem ser experimentalmente testadas. Por outro lado, quando o teste é feito por meio de experimentos, deve-se trabalhar com dois grupos:

• um experimental: aquele em que se promove alteração em um fator a ser testado, deixando todos os demais fatores sem alteração; • um controle: que é submetido aos fatores sem nenhuma alteração. Assim, pode-se testar um fator por vez comparando os resultados obtidos no grupo experimental com o que foi obtido no grupo controle. Ocorrendo diferenças entre os resultados do grupo experimental e do controle, elas são atribuídas ao fator que está sendo testado. Não ocorrendo diferenças, pode-se dizer que o fator analisado não interfere no processo em estudo. As conclusões que forem tiradas podem ser o ponto de partida para novas hipóteses e assim por diante. Os cientistas compartilham informações por meio de publicações (como as chamadas revistas científicas), encontros, congressos e comunicações pessoais. Com isso, hipóteses são constantemente debatidas. A figura 1.4 da página seguinte resume o que foi explicado. Note no diagrama que a maioria das etapas está ligada com setas que possuem dois sentidos, ou seja, a interligação entre as etapas muitas vezes é cíclica. Além da divulgação do trabalho entre os pesquisadores, é importante que toda a sociedade possa ter acesso a informações, resultados e conclusões das pesquisas feitas. A transposição desse conhecimento científico para a sociedade pode ser feita, por exemplo, pelos livros didáticos, como este que você está lendo, por revistas e jornais de grande circulação, por sites de instituições de pesquisa e de meios de comunicação confiáveis, por programas televisivos e outros. Em cada caso, há uma linguagem específica para a transmissão dessas informações. As características dos diferentes estilos de

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linguagem são alvo de estudo de uma grande área do conhecimento e que você entrará em contato de forma mais aprofundada na disciplina de Língua Portuguesa. Textos científicos, didáticos e de divulgação possuem características próprias, pois têm como objetivos atingir o público a que se destinam e ter repercussão.

Faça uma pergunta Faça uma observação

Formule uma hipótese

Analise os resultados

Escreva suas conclusões

Teste a hipótese

Não

Elas dão suporte a sua hipótese?

BIS

Sim

Comunique os resultados

Figura 1.4. Diagrama das etapas da metodologia científica.

A pesquisa científica pode levar à formulação de uma nova teoria. As teorias são formuladas quando há evidências consistentes em vários trabalhos científicos, que dão suporte às hipóteses a que estão relacionadas. Na linguagem popular, a palavra teoria é tratada como sinônimo de hipótese, possibilidade ou mesmo suposição. Em Ciência, no entanto, a palavra teoria tem outro significado. De acordo com o físico Stephen Hawking, uma teoria deve satisfazer a dois requisitos: precisa descrever com precisão um número razoável de observações, com base em um modelo que contenha poucos elementos arbitrários; e deve prever, com boa margem de precisão, resultados de observações futuras. Uma teoria não é uma verdade absoluta. Muitas teorias já foram refutadas ao longo da história da Ciência. Você terá exemplos disso ao longo de seu curso no Ensino Médio, ao estudar as diferentes ciências, como Biologia, Química e Física. O biólogo norte-americano Stephen J. Gould (1941-2002) escreveu: “Os fatos são os dados do mundo. As teorias são estruturas que explicam e interpretam os fatos. Os fatos continuam a existir enquanto os cientistas debatem teorias rivais para explicá-los”.

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As teorias científicas descrevem hipóteses bem testadas para uma ampla gama de fenômenos e são diferentes das leis científicas. As leis são descrições específicas e concisas sobre como se espera que se comporte determinado aspecto do mundo natural, em uma dada condição. Um exemplo é a Lei da Inércia. Segundo essa lei, um corpo tem a tendência de manter o seu estado de repouso ou de movimento, desde que nenhuma força atue sobre ele. A Lei da Inércia explica, por exemplo, a importância do uso de cinto de segurança nos veículos. Em uma batida de frente, o carro para repentinamente, mas, por causa da inércia, os ocupantes do carro continuam em movimento. O cinto de segurança é um dispositivo presente nos carros que impede que esse movimento traga consequências drásticas para os ocupantes do veículo. Ao longo desta coleção, descreveremos experimentos ou observações para que você junto com seus colegas de classe e sob orientação de seu(sua) professor(a) façam interpretações e cheguem a conclusões. Haverá também oportunidades em que você partirá de uma pergunta ou ponto a ser demonstrado e você mesmo conduzirá o experimento, registrando seus próprios dados.

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só se explicam pela integração de conhecimentos mais específicos de diferentes áreas. Vamos imaginar que cada tinta colorida corresponda aos saberes associados a uma disciplina ou área do conhecimento. Para explicarmos os fenômenos naturais, precisamos da interação desses vários saberes, o que é representado pela fotografia seguinte, na qual as tintas estão misturadas, mas ainda é possível reconhecer as cores que representam as especificidades de cada saber. Nessa segunda imagem ainda podemos reconhecer mais uma ideia, que nunca poderia ser descrita apenas com a informação contida na imagem superior: é o padrão com que as cores se distribuem na pintura. Esse é o produto do artista! thiNKstOCK/getty images

A Biologia faz parte de uma área maior do conhecimento chamada Ciências da Natureza, que inclui também Química e Física. Essas três ciências têm uma relação muito próxima com a Matemática. Nesta coleção, buscamos evidenciar isso, mostrando a você que muitos conceitos de Biologia são interligados à Química e à Física e que a Matemática é fundamental na interpretação e no tratamento de diversas informações. Vamos a dois exemplos: ao falarmos em equilíbrio térmico nos seres vivos, você perceberá que estamos tratando de princípios e conceitos estudados também nas disciplinas de Física e Química; ao analisarmos as moléculas que formam o corpo dos seres vivos, estamos utilizando os mesmos conceitos sobre molécula que você estudará em Química. Há ainda muitos outros exemplos dessa integração, e certamente você os perceberá ao estudar as disciplinas desta área de conhecimento. A essa integração somam-se também outras áreas do conhecimento, como as Ciências Humanas. Você verá, por exemplo, que a Geografia e a Biologia dialogam em vários momentos, como nos estudos sobre ecossistemas, crescimento da população humana, problemas ambientais, entre outros. Além disso, você perceberá que a construção do conhecimento científico permeia os diferentes momentos históricos da humanidade e os contextos econômico, social e cultural têm papel determinante para os rumos do desenvolvimento científico. Assim, História, Filosofia e Sociologia são fundamentais para a compreensão do desenvolvimento da Biologia e de como essa ciência se encontra atualmente. A comunicação entre pessoas, o modo como registramos nossos pensamentos e transmitimos nossas ideias dependem de outra grande área do saber, que é a de Linguagens e Códigos. Essa área inclui as disciplinas de Língua Portuguesa e Língua Estrangeira, Arte e Educação Física. Lançamos mão a todo o momento de conteúdos dessas áreas para nossa comunicação e interação, o que evidencia a importância do domínio desses saberes para o aprendizado e a prática da Biologia. No caso da Educação Física, a interação com a Biologia é enorme, pois envolve conhecimentos do funcionamento do nosso corpo. Quando os saberes de uma disciplina mantêm um diálogo permanente com os saberes de outra disciplina, falamos em interdisciplinaridade. A interdisciplinaridade é uma característica das explicações. Fenômenos naturais não são compartimentalizados em disciplinas. Sua descrição, ou explicação, envolve elementos de várias áreas do saber. A figura 1.5 representa bem o significado que queremos passar para você. Na natureza existem padrões que

Professor(a), veja comentário no manual.

stuart westmOrlaND/imagesOurCe/DiOmeDia

3. Biologia e outros saberes

Figura 1.5. Os saberes são organizados de maneira que seja mais fácil estudar e compreender suas especificidades, mas para fazer explicações de fenômenos naturais é necessário integrar conhecimentos de vários saberes.

Nesta coleção, pretendemos trabalhar, sempre que for possível, com uma perspectiva interdisciplinar no texto e nas atividades, mas esperamos que você adquira a habilidade de reconhecer a interdisciplinaridade sozinho, compreendendo que o conhecimento não é algo isolado em disciplinas. Explicações interdisciplinares são mais consistentes e completas quando estamos tratando de fenômenos naturais, que geralmente envolvem aspectos físicos, químicos e biológicos. Você vai perceber isso!

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4. Os níveis hierárquicos de organização biológica A enorme diversidade de temas que são estudados pela Biologia pode ser organizada em níveis hierárquicos como os mostrados na figura 1.6. Cada nível tem seus próprios métodos e explicações, que trazem informações integradas na solução das questões biológicas.

Níveis de organização Comunidade: conjunto de populações de espécies distintas que vivem em um mesmo local.

Ecossistema: comunidade + fatores abióticos (luz + água + solo e outros).

Biosfera: conjunto dos ecossistemas da Terra.

Sistema: conjunto de órgãos que interagem para a execução de certas funções.

Organismo: conjunto de sistemas

JuraNDir riBeirO

Músculo

Órgão: conjunto de tecidos que interagem para a execução de certas funções.

População de sapos

Sapo

Sistema muscular

População: conjunto de indivíduos da mesma espécie que vivem em um mesmo local.

Tecido muscular

Água Célula muscular

Tecido: conjunto de células e substância intercelular que interagem para a execução de certas funções.

Célula: unidade morfológica e funcional dos seres vivos.

Moléculas

Figura 1.6. A Biologia é uma Ciência que pode ser apresentada em níveis de organização. Cada nível tem suas próprias explicações e teorias, o que torna essa Ciência especialmente complexa. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Neste livro, começaremos o nosso estudo pelo planeta Terra como ele é hoje, abrangendo a biosfera e passando pelos ecossistemas, comunidades e populações, que são níveis hierárquicos de organização estudados por uma das grandes subdivisões da Biologia: a ecologia. Uma vez compreendida a estrutura e algumas bases sobre o funcionamento do nosso planeta na atualidade, passaremos a fazer uma retrospectiva de como poderia ter sido o planeta Terra desde sua ori-

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gem. Será que a Terra sempre foi como a conhecemos hoje? Discutiremos hipóteses sobre a origem e a evolução da unidade morfológica e funcional dos seres vivos, que é a célula. A subdivisão da Biologia que se ocupa do estudo da célula é a citologia, ou biologia celular. Para compreendermos esse tema, precisaremos de noções de bioquímica, que serão dadas na quantidade e na profundidade suficientes e adequadas ao Ensino Médio.

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5. Características dos seres vivos Antes de falarmos sobre as características do seres vivos, realize a atividade descrita no boxe a seguir.

Vida em Marte? leia os seguintes trechos retirados de reportagens. “Provavelmente existiu vida em Marte”, afirma a engenheira brasileira que trabalha na Nasa (…) [o objetivo da missão Curiosity em Marte é] a procura da vida. É um quebra-cabeças que estamos montando pouco a pouco. Nossa missão é saber: existe ou já existiu vida em Marte? Se existiu, o que aconteceu para não existir mais? Essa é a grande pergunta que os cientistas querem responder. Marte é tão parecido com a Terra. Queremos saber se o que aconteceu lá pode acontecer com a Terra. (…) Disponível em: <http://zerohora.clicrbs.com.br/rs/mundo/noticia/2012/08/provavelmente-existiu-vida-em-marteafirma-engenheira-da-nasa-3845050.html>. Acesso em: fev. 2013.

Alô, alô, marciano (…) o fato de Marte ter estado, há bilhões de anos, na chamada zona habitável do nosso Sistema Solar — faixa do espaço com maiores condições de abrigar vida — reforça a possibilidade de se encontrar vestígios de vida no planeta. “Devido à maior atividade solar no passado, essa zona habitável ficava mais afastada do Sol e incluía a órbita de Marte”, explica a geneticista e especialista em astrobiologia Claudia Lage, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/noticias/2012/08/alo-alo-marciano>. Acesso em: fev. 2013.

Regiões hostis da Terra podem ajudar a achar vida em Marte Equipes de pesquisadores têm trabalhado a todo vapor no ambiente gélido de uma ilha no oceano Ártico e na região mais seca do planeta — o deserto do Atacama, no Chile —, com o objetivo de mapear essas áreas e desenvolver novas técnicas e instrumentos que auxiliem na busca por vida em Marte. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/noticias/astronomia-e-exploracao-espacial/regioes-hostis-da-terrapodem-ajudar-a-achar-vida>. Acesso em: fev. 2013.

Questões

1.

Como você leu nos textos acima, cientistas buscam saber se há ou se houve vida em marte e procuram identificar evidências de vida ou de algumas das características — parecidas com as da terra — indispensáveis para a vida. em sua opinião, que características são essas?

2. analise as imagens a seguir (fig. 1.7), obtidas de sondas enviadas a marte, e explique se alguma delas apresenta B

hO/Jet PrOPulsiON laB/aP PhOtO/glOw images

A

latiNstOCK/ViKiNg 1/COrBis/latiNstOCK

evidências das características que você citou na questão anterior.

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D

rex Features/glOw images

aFP PhOtO/Nasa

C

Figura 1.7. A, B, C, e D: Conjunto de fotografias da superfície de Marte.

3. Forme um grupo com mais três ou quatro colegas de classe e, juntos, discutam as respostas que cada um deu às questões

1 e 2. Vocês deverão fazer um registro que reúna as respostas de consenso do seu grupo. seu grupo deve discutir os registros que fizeram com os demais grupos da classe e, em seguida, toda a sala deve se organizar para elaborar o registro da turma. esse registro, único da sua turma, pode ser publicado no blog da classe, seguindo as orientações do seu(sua) professor(a). a quais soluções vocês chegaram sobre os problemas propostos?

Professor(a), veja orientações no manual.

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• Os elementos químicos mais abundantes no corpo dos seres vivos são carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S). O carbono é o elemento fundamental para a formação de substâncias orgânicas, caso dos carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA). Além de substâncias orgânicas, no corpo dos seres vivos há também substâncias inorgânicas, caso da água e dos sais minerais.

Como já comentamos, a Biologia é o estudo da vida. Mas o que é vida? Para responder a essa pergunta, muitas considerações teóricas e filosóficas foram e ainda são feitas. Essas considerações têm se tornado cada vez mais relevantes nas pesquisas sobre origem e evolução da vida e também nas investigações sobre a existência de vida fora da Terra. A resposta a essa pergunta, se é que algum dia teremos uma resposta, não está restrita aos conhecimentos biológicos. Físicos, químicos, bioquímicos, astrônomos, geólogos, entre outros profissionais, também estudam a origem da vida. Essa integração se torna evidente em uma área interdisciplinar de estudo surgida na década de 1960, chamada astrobiologia, ou exobiologia ou ainda xenobiologia. A astrobiologia preocupa-se em descobrir como a existência de vida se tornou possível na Terra e se já houve, ou há, vida em outros corpos do Sistema Solar e até mesmo fora dele. Mesmo que não consigamos definir exatamente o que é vida, os seres vivos compartilham algumas características, citadas a seguir:

• Os seres vivos mantêm o meio interno constante mesmo quando as condições externas mudam. Essa propriedade é chamada homeostase.

• Os seres vivos são formados por células, estruturas delimitadas por membrana e que contêm em seu interior citoplasma e material genético. Há organismos formados por uma só célula (unicelulares) e organismos formados por várias células (multicelulares).

• Os seres vivos precisam de água para sobreviver. Embora existam formas de resistência que permanecem dormentes na ausência de água, assim que a água fica novamente disponível, a dormência é quebrada e o organismo passa a viver normalmente.

• Os seres vivos podem se reproduzir, isto é, podem dar origem a descendentes. São duas as formas de reprodução: a assexuada, na qual um único indivíduo produz descendentes iguais a ele, e a sexuada, em que há formação e união de gametas. Na reprodução sexuada, a união dos gametas forma uma célula, a qual dará origem ao indivíduo que não será idêntico aos pais, mas que guarda semelhaças com eles.

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• Os seres vivos obtêm e usam matéria e energia para seu crescimento, desenvolvimento e reprodução. A combinação de reações químicas pelas quais um organismo constrói (anabolismo) ou quebra (catabolismo) matéria chama-se metabolismo. Os seres vivos crescem graças aos processos metabólicos. • Os seres vivos apresentam material genético. As moléculas de DNA apresentam complexas infor-

mações que controlam e comandam as diferentes funções dos seres vivos, como crescimento e reprodução. • Os seres vivos detectam e respondem a estímulos do meio. Têm, assim, capacidade de reação. • Populações de seres vivos evoluem, ou seja, ao longo das gerações, populações apresentam mudanças e podem dar origem a novas espécies.

6. Evolução, o princípio unificador da Biologia O entendimento de que as populações de seres vivos evoluem passou por uma longa discussão envolvendo pesquisadores e sociedade. A história da Ciência tem muito a nos contar sobre isso. As ideias evolutivas ainda provocam algumas polêmicas e discordâncias, mas, para a grande maioria da comunidade científica, a evolução é o eixo central da Biologia. Antes da compreensão de que as espécies mudam ao longo do tempo, e que essas mudanças influenciam as capacidades de sobreviver e de se reproduzir, podendo levar ao surgimento de novas espécies, acreditava-se no fixismo. Essa corrente de pensamento afirmava que o número de espécies existentes era o mesmo desde a criação do mundo e que os organismos sempre existiram com as características que possuem. Essa ideia foi e ainda é contestada por vários cientistas, com base em grande quantidade de dados

Figura 1.8. Charles Darwin (1809-1882).

coletados na natureza e em estudos experimentais. Vamos comentar as ideias de dois importantes naturalistas ingleses que, em suas observações feitas em viagens pelo mundo, chegaram de forma independente à conclusão de que as espécies mudam ao longo do tempo, ou seja, evoluem, e que a evolução ocorre por seleção natural. Esses naturalistas são Charles Robert Darwin (fig. 1.8) e Alfred Russel Wallace (fig. 1.9). Embora tenham chegado independentemente às mesmas conclusões, suas ideias foram apresentadas para a comunidade científica em um mesmo evento, em 1858. No ano seguinte, Charles Darwin publicou a primeira edição do livro que começou a mudar a história da Biologia: A origem das espécies pela Seleção Natural. Antes de apresentarmos as ideias que explicam como ocorre e o que é a seleção natural, realize a atividade descrita no boxe a seguir.

Figura 1.9. Alfred Wallace (1823-1913). sC i

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Jogo presa-predador Objetivo simular o que pode acontecer com as características dos indivíduos que compõem uma população de presas, em função da ação de predadores, em diferentes ambientes. Os ambientes serão representados pelos tabuleiros e a população de presas, por pedaços pequenos de cartolina. Os predadores serão representados por você e seus colegas de grupo. Materiais Para fazer os tabuleiros e a população de presas, vocês vão precisar de: • cartolina branca e cartolina de qualquer cor, por exemplo, vermelha; • tesoura de ponta romba; • régua; • lápis; • caderno para anotações. Montagem tabuleiro: recortar um quadrado de 30 cm de lado da cartolina branca e outro da cartolina vermelha. Presas: recortar 50 quadradinhos brancos e 50 quadradinhos vermelhos com 1 cm de lado. Como jogar 1. esse jogo deve ser realizado em grupo de, no máximo, cinco alunos. Para que toda a classe participe no mesmo ritmo, todos os grupos devem começar e terminar cada rodada sob a direção do(a) professor(a). 2. sobre o tabuleiro branco, espalhe 12 quadradinhos vermelhos e 12 brancos. Cuidado para não deixar um encobrir o outro. 3. serão feitas cinco rodadas de 10 segundos cada uma. em cada rodada, uma pessoa do grupo assumirá o papel de predador. O objetivo do predador será retirar do tabuleiro, um a um, o maior número possível de quadradinhos (não importa a cor), em um intervalo de tempo de 10 segundos. Depois disso, restarão apenas alguns quadradinhos sobre o tabuleiro, que representam as presas sobreviventes. 4. terminada essa rodada, as presas sobreviventes irão se reproduzir. Para representar esse processo, deve ser acrescentado um descendente (um quadradinho da mesma cor) para cada sobrevivente da população de presas. assim, se sobrarem dois quadradinhos brancos e três vermelhos, deverão ser acrescentados mais dois quadradinhos brancos e mais três vermelhos antes de começar a próxima rodada. 5. em cada rodada, no início e no final da sessão de captura, deve-se contar o número de indivíduos brancos e vermelhos sobre o tabuleiro, registrando em uma tabela o número de indivíduos capturados e o número de sobreviventes. Caso uma das variedades fique sem indivíduos, o jogo termina com a sua extinção. 6. uma vez completados os 5 ciclos de captura e reprodução (gerações), deve-se repetir todo o processo, usando o tabuleiro vermelho.

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Segue-se um modelo da tabela (fig. 1.10) que você deve reproduzir no caderno. Preencha com os dados obtidos por seu grupo. As colunas G1, G2, G3, G4 e G5 correspondem às 5 gerações, ou ciclos de captura e reprodução.

1ª- Etapa: Tabuleiro branco G1 Inicial

Brancos

G3

G4

12

G5

G1 Inicial Capturados

Sobreviventes

Sobreviventes 12

G2

G3

G4

G5

12

Capturados

Inicial

Vermelhos

G2

2ª- Etapa: Tabuleiro vermelho

Inicial

12

Capturados

Capturados

Sobreviventes

Sobreviventes

Figura 1.10. Modelo de tabela para a atividade.

Atividades Finalizado o jogo e preenchida a tabela, seu grupo deve:

1. Com os dados da tabela, montar gráficos de linha (um para cada tabuleiro) com os números iniciais das 5 gerações, para indivíduos brancos e vermelhos, separadamente. Note que em cada gráfico aparecerão 2 traçados, um para cada variedade de cor. Compare os traçados, associando a cor dos indivíduos com a cor do tabuleiro.

2. Calcular as porcentagens de brancos e de vermelhos (categorias) no início das diversas gerações e representá-las em dois gráficos, sendo um para o tabuleiro branco e outro para o tabuleiro vermelho. Para fazer esses gráficos, vamos aprender a usar uma representação que se chama barras empilhadas. Para isso, considere que as diversas barras (em nosso caso, 5) têm a mesma altura total, correspondendo a 100%. Cada uma é, então, subdividida em segmentos com alturas proporcionais às porcentagens das duas categorias (indivíduos brancos e indivíduos vermelhos).

3. Comparar os resultados entre os tabuleiros. Alguma variedade de cor tornou-se majoritária no decorrer das ge-

rações? Caso isso tenha acontecido, compare a cor em questão com a cor do tabuleiro. As cores são iguais ou diferentes? Formule uma explicação para isso.

Professor(a), veja mais informações no Manual.

Segundo a teoria da evolução por seleção natural, os indivíduos de uma população não são idênticos entre si e nascem mais indivíduos do que o ambiente pode suportar. Sem recursos em quantidades adequadas para todos os indivíduos, ocorrem disputas. Aqueles com características mais vantajosas para uma dada situação têm mais chances de conseguir os recursos do meio, sobreviver e, consequentemente, se reproduzir, passando essas características vantajosas aos seus descendentes. Esse processo, ocorrendo ao longo do tempo, leva a modificações na população. Assim, o meio é o agente que seleciona naturalmente aqueles indivíduos com características que lhes conferem maior adaptação a uma dada condição

ambiental. Mudando a condição ambiental, mudam-se as características selecionadas. A explicação do que gera a variabilidade na população e como ocorre a transmissão das características hereditárias só surgiu mais tarde, com o desenvolvimento de uma área da Biologia chamada genética. As noções de genética foram incorporadas às explicações evolutivas e, hoje, sabe-se que existem outros fatores importantes nos processos evolutivos. Sabe-se, por exemplo, que ao longo das gerações o DNA é transmitido das gerações parentais para as novas gerações e que variações nas populações podem surgir por mutações, que são modificações no DNA. Os processos evolutivos ainda são objetos de pesquisa e os cientistas

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continuam a trazer contribuições para o entendimento da evolução, sendo essa uma das áreas da Biologia em pleno desenvolvimento. Para entendermos melhor o processo de seleção natural, vamos analisar um exemplo real de experimentação realizado na década de 1970 pelo zoólogo norte-americano John Endler. Endler montou seu experimento utilizando uma espécie de peixe de aquário bem popular, o lebiste (Poecilia reticulata). Os machos dessa espécie têm manchas com coloração viva, que atuam na atração de fêmeas. Essas manchas, no entanto, atraem também predadores. Observações anteriores sugeriam que, nos locais onde havia grande quantidade de peixes predadores, os lebistes machos (fig. 1.11) tendiam a ter menos manchas coloridas, quando comparados àqueles que viviam em locais com menos predadores. Para verificar experimentalmente esse fenômeno, Endler colocou grupos de lebistes machos e fêmeas em três lagoas praticamente idênticas. A característica que variava entre essas lagoas era o fator “predadores”: enquanto em uma lagoa não havia predadores, na outra havia uma espécie predadora de lebistes e, na terceira, havia uma espécie de peixe que era predador, mas que não se alimentava de lebistes. As três lagoas foram deixadas nessas condições

por 20 meses, o que equivale a aproximadamente 7 gerações de lebistes. Após esse período, Endler analisou as populações do peixe e constatou que, na lagoa onde havia predadores de lebistes, os machos dessa espécie tinham significativamente menos manchas coloridas nas caudas do que aqueles deixados nas outras duas lagoas. Como essa característica é hereditária, essa experiência forneceu forte evidência de que a quantidade de manchas nas caudas de lebistes machos é uma característica que sofre seleção natural, pois os machos com menos manchas são menos predados, passando essa característica aos descendentes. Há ainda inúmeros outros exemplos de atuação da seleção natural na evolução. Um deles pode ser dado pelos pandas-gigantes, hoje ameaçados de extinção. O panda-gigante (fig. 1.12) vive nas florestas de bambu na China Oriental. Uma característica curiosa desses animais diz respeito a suas patas dianteiras: em vez de terem cinco dedos, como os demais mamíferos, eles têm seis. O sexto dedo é chamado “dedão” e é oponível, ou seja, dispõe-se em ângulo de 90° em relação aos demais, como o polegar na espécie humana. Essa disposição dos dedos confere ao panda-gigante a capacidade de segurar o caule do bambu, que é seu alimento favorito.

Keren Su/Taxi/Getty Images

blickwinkel/Alamy/Other Images

F igura 1.11. Fotografia de um lebiste macho. Mede cerca de 3 cm de comprimento.

Figura 1.12. Panda-gigante. Mede cerca de 1,40 m de comprimento.

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Professor(a), veja mais orientações no Manual.

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O dedão do panda-gigante é, na realidade, um osso muito aumentado do punho, com tendões e músculos associados. Esses animais derivaram de ancestrais com cinco dedos. Em algum momento da história evolutiva, devem ter nascido pandas com um dos ossos do punho mais desenvolvido, formando um sexto dedo, oponível. Os pandas-gigantes de seis dedos devem ter se tornado mais aptos a segurar e, consequentemente, a comer mais bambu, sobrevivendo em maior número

que os demais e deixando mais descendentes com essa característica. Ao longo do tempo, teriam sobrevivido apenas os pandas-gigantes de seis dedos, pois todos os indivíduos atuais são assim. Nesta coleção, você perceberá que a visão evolutiva permeará todo o conteúdo, pois, nas palavras do biólogo ucraniano Theodosius Dobzhansky (1900-1975), “Nada em Biologia faz sentido a não ser sob a luz da evolução”.

Colocando em foco: seleção natural e resistência de bactérias a antibióticos Você já deve ter lido que um antibiótico deixou de ser eficiente para controlar determinada bactéria causadora de uma doença no ser humano. Isso ocorre porque as bactérias, como todos os seres vivos, sofrem pequenas mudanças de geração para geração. No caso das bactérias causadoras de doença, essas mudanças podem ter levado ao surgimento de indivíduos que respondem de modo diferente aos antibióticos. No início do tratamento de determinada doença com um antibiótico, muitas bactérias morrem, pois são sensíveis à droga. Entretanto, como os indivíduos não são idênticos entre si, nessa população de bactérias podem existir algumas que sejam resistentes ao remédio; se o tratamento não for feito de acordo com as orientações do médico, essas bactérias resistentes irão se reproduzir e originarão descendentes, em sua maioria, também resistentes à droga. Surge, então, uma nova população de bactérias, sobre a qual aquele antibiótico tem pouco ou mesmo nenhum efeito. Esse processo de seleção nos permite entender por que os antibióticos só podem ser tomados com prescrição médica e por que é importante seguir as recomendações de não interromper o tratamento antes do tempo, quando o paciente começa a se sentir melhor. Os antibióticos devem ser tomados durante um período contínuo estabelecido pelo médico. Atualmente, também se recomenda que, caso sobre antibiótico após o fim do tratamento, esse remédio seja levado para farmácias ou postos de saúde para serem descartados de forma segura.

Afinal, o que é vida? Os organismos vivos apresentam certas características que não são encontradas em objetos inanimados. Essas características foram listadas por muitos cientistas, como fizemos aqui. No entanto, tais listas diferem entre os pesquisadores, e é muito difícil escolher apenas uma delas como sendo melhor que todas as demais. Procurando resolver essas questões, alguns biólogos propuseram definições mais gerais de vida. Entre elas, pode-se citar a de John Maynard Smith, de 1986, segundo a qual “entidades com as

propriedades de multiplicação, variação e hereditariedade são vivas e entidades que não apresentam uma ou mais dessas propriedades não o são”.

Apesar do grande esforço dedicado a esse assunto, essa ainda é uma questão polêmica, que gera debates calorosos no meio científico e mesmo fora dele.

Esse problema se torna ainda maior quando nos deparamos com entidades como vírus, viroides e príons, que, embora não apresentem estru-

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tura celular, possuem algumas características bastante especiais. Cada vírus é formado por um tipo de ácido nucleico (DNA ou RNA), protegido por uma ou mais cápsulas proteicas. Além disso, certos vírus possuem um envelope formado por membrana lipoproteica semelhante à das células. Os vírus só adquirem manifestações vitais quando penetram células vivas, sendo, portanto, parasitas intracelulares obrigatórios. Alguns pesquisadores consideram os vírus partículas infecciosas especiais, e não seres vivos. Outros consideram os vírus formas particulares de vida, com base nos seguintes argumentos: têm capacidade de reprodução (embora apenas quando penetram uma célula hospedeira) e sofrem mutação no material genético, podendo mudar ao longo do tempo. Essa grande capacidade que os vírus têm de mutação é um dos motivos pelos quais ainda não se conseguiu produzir uma vacina eficiente contra algumas das doenças causadas por eles, como a Aids e a gripe. No caso da gripe, as vacinas existentes são renovadas anualmente para tentar combater novas variedades do vírus. Os viroides são ainda mais simples que os vírus. Eles foram descobertos em 1971 e consistem apenas em uma molécula circular de RNA não envolta por cápsula proteica. Essa molécula fica sempre dentro de uma célula hospedeira e Esquema de um bacteriófago (vírus que infecta bactérias) mostrando o DNA por transparência. Vírus sem envelope lipoproteico.

tem a capacidade de autoduplicação e de sofrer mutações. Não consegue, entretanto, comandar a síntese de proteínas, sendo totalmente dependente da célula hospedeira para sua replicação. Os viroides conhecidos ocorrem apenas em plantas e a via principal de difusão é por contato direto, mas podem ser transmitidos por pulgões e instrumentos de poda. Eles provocam desenvolvimento anormal de plantas, podendo levá-las à morte. Seriam eles uma forma particular e extremamente simplificada de vida parasitária ou seriam eles agentes infecciosos com capacidade de multiplicação, variação e hereditariedade, assim como os vírus? O caso dos príons já foi mais polêmico. Atualmente, admite-se que eles não são formas particulares de vida. Eles são proteínas que provocam doenças neurodegenerativas, como a doença da vaca louca (encefalopatia espongiforme bovina), que faz aparecer cavidades no encéfalo, deixando-o como uma esponja. Várias doenças na espécie humana, como a doença de Creutzfeldt-Jakob (tipo de encefalopatia espongiforme humana), também são provocadas por príons. O príon foi descrito pela primeira vez em 1982 pelo bioquímico Stanley Prusiner (prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia em 1997). A palavra príon refere-se a “partículas infectantes proteináceas” e seu uso na literatura é muito variável. Usaremos o termo príon só para a proteína que causa a doença.

Esquema da organização do vírus HIV visto em corte mediano.

Camadas de fosfolipídio do envelope

Cabeça

JuraNDir riBeirO

JuraNDir riBeirO

DNA Cápsula proteica Fibras proteicas

Cápsulas proteicas

Cauda Proteínas virais do envelope RNA

Esquemas de vírus feitos com base em obser vações ao microscópio eletrônico. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

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Quando os príons foram descobertos, chegou-se a pensar que eles seriam seres vivos muito especiais, pois achava-se, na época, que eram proteínas capazes de replicação. Hoje já se sabe que os príons não têm essa capacidade.

stuDiO CaParrOZ

Nas membranas celulares, especialmente das células nervosas, existem proteínas cuja função ainda não está bem esclarecida. Essas proteínas, no entanto, são passíveis de sofrer uma alteração em sua estrutura tridimensional, transforman-

do-se em príons. A principal característica dos príons é que eles interagem com as proteínas normais, transformando-as em aberrantes — e o ciclo se repete em uma espécie de reação em cadeia, dando a falsa impressão de que os príons estão se replicando. Eles aumentam em número, mas não por divisão de uma molécula em duas que depois se dividem novamente. O aumento se deve a modificações em proteínas normais, já existentes.

Príon original

Príon

Proteína normal

Novo príon

Muitos príons

Esquema mostrando o aumento no número de príons. Os príons são uma versão alterada de uma proteína normal, que ocorrem em células nervosas. Quando o príon se une a uma “irmã” normal, pode induzir sua transformação em príon. Esse processo continua como em uma reação em cadeia. (Cores-fantasia.)

1. Faça, com seus colegas de grupo, uma pesquisa sobre a interpretação dada aos vírus, isto é, se são seres vivos ou não. Utilize diferentes fontes confiáveis de consulta, como sites de universidades, de entidades governamentais, páginas pessoais de pesquisadores, livros e revistas de cunho científico. Com base nessas informações e no texto aqui discutido, faça uma apresentação oral para os demais colegas de classe sobre os dados obtidos e a conclusão a que seu grupo chegou. O(A) professor(a) deverá marcar o dia das apresentações e organizar um debate na classe sobre esse assunto. 2. Em grupo, utilize materiais diversos para construir um modelo que represente o aumento do número de príons no corpo de uma pessoa portadora dessa proteína anormal e mostre como ocorre o aumento no número de células em um ser vivo. Usando esses modelos, justifique a diferença entre esses processos. 3. Se for possível, divulgue o trabalho de seu grupo ao público leigo, explicando quais são as doenças causadas por príons. Exerça sua cidadania. Como sugestão, vocês poderão fazer um vídeo curto, que pode ser publicado no blog da classe ou postado em redes sociais, caso esses recursos sejam aprovados pelo(a) professor(a). avalie a possibilidade de desenvolver esse trabalho em conjunto com as disciplinas de arte e de língua Portuguesa.

Agora que você já conhece melhor a Biologia, retome suas respostas às questões iniciais da seção Pense nisso deste capítulo. Suas expectativas com relação a essa Ciência mudaram? Quanto à sua proposta de estudo sobre a nascente do Rio Sucuri, há outras ciências envolvidas que podem ajudá-lo a responder a seus questionamentos? Capítulo 1 • Introdução à Biologia

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Professor(a), veja no Manual as competências estabelecidas pelos PCNEM que podem ser encontradas nas atividades a seguir.

No Manual do Professor, há sugestões de abordagem para as atividades da seção Ampliando e integrando conhecimentos desta coleção.

Atividade 1: Elementos químicos nos seres vivos e nos componentes não vivos do ambiente

Habilidades do Enem: H7, H9, H17, H24.

Em Química são utilizados inúmeros métodos práticos de detecção e dosagem dos diferentes elementos que compõem os mais diversos materiais. Esses métodos são descritos na Química Analítica, que pode ser qualitativa (procura apenas identificar que elementos ou substâncias estão presentes no material analisado) ou quantitativa (determina não só a presença, mas também a quantidade com que certos elementos ou substâncias aparecem). O gráfico a seguir apresenta as abundâncias relativas de alguns elementos químicos nos seres vivos e na crosta terrestre (os valores podem variar dependendo da fonte dos dados).

Crosta terrestre

CONCEITOGRAF

Organismos

Abundância relativa (%)

50 40 30 20 10

H

C

O

N

Ca Na P e e Mg K

Gráfico representando a abundância relativa de alguns elementos químicos na composição de organismos e da crosta terrestre. Na categoria "Outros" incluem-se elementos diversos cujas abundâncias relativas são muito pequenas. H = hidrogênio; C= carbono; O = oxigênio; N = nitrogênio; Ca = cálcio; Mg = magnésio; Na = sódio; K = potássio; Si = silício.

Si Outros

Analise os dados apresentados e faça uma lista em ordem decrescente de abundância dos principais elementos químicos que constituem e caracterizam: a) os seres vivos; b) a matéria inanimada.

Atividade 2: Reconhecendo níveis hierárquicos de organização em Ecologia Habilidades do Enem: H9, H14, H15, H17.

RODVAL MATIAS

Observe a figura abaixo, que representa um ambiente hipotético e delimitado onde vivem organismos diversos.

Esquema representando um ambiente hipotético com diversos organismos. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

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Agora, responda: a) Quantas e quais populações estão presentes na área? Justifique. b) Quantos indivíduos há em cada uma dessas populações? c) Organize esses dados em uma tabela, indicando na primeira coluna os nomes dos organismos que compõem cada uma dessas populações que você reconheceu e na segunda a quantidade de indivíduos presentes em cada população. d) Quantos indivíduos estão representados nessa comunidade? e) Qual é o termo que se refere ao todo constituído pela comunidade mais o conjunto dos componentes não vivos do ambiente representado na figura?

Atividade 3: Crescimento de cristais  Habilidade do Enem: H3, H18.

CONCEITOGRAF

Folhas finas de cobre são amplamente utilizadas na indústria eletrônica, mais especificamente na fabricação de placas para circuito impresso e de baterias de última geração, que vêm substituindo as antigas, nocivas ao ambiente. Na indústria, essas folhas são produzidas por um mecanismo complexo em que ocorre a deposição de cobre sobre um substrato inicial e, depois, essa lâmina aumenta em espessura pela deposição de mais cobre. Não vamos replicar isso aqui, mas vamos analisar uma demonstração simples em que poderemos constatar o crescimento de cristais de sulfato de cobre. O formato dos cristais depende de seus constituintes, que podem ser átomos, moléculas ou íons. Esses constituintes se organizam em um padrão geométrico típico de cada cristal. Um cristal de sulfato de cobre foi amarrado e mergulhado em uma solução quente de sulfato de cobre, como mostra a figura ao lado. Essa preparação foi mantida em local aquecido por vários dias e em repouso. Depois desse tempo, o cristal foi removido e verificou-se que ele aumentou de tamanho. a) Se uma das características dos seres vivos é o crescimento, argumente se o cristal de sulfato de cobre pode ser considerado um ser vivo, já que ele cresceu. b) Qual é a diferença entre o crescimento de um cristal e o crescimento de um organismo?

  Cristal de sulfato de cobre suspenso na solução de sulfato de cobre.

Atividade 4: Investigando plantas carnívoras

Habilidades do Enem: H14, H16, H17, H28.

A planta Philcoxia minensi, típica do Cerrado brasileiro, tem folhas subterrâneas que, por incrível que pareça, fazem fotossíntese. A maior descoberta, no entanto, se refere ao fato de essas plantas usarem as folhas para capturar e digerir vermes nematoides. Pesquisadores brasileiros, em conjunto com pesquisadores australianos e americanos, fizeram experimentos usando bactérias marcadas com isótopos de nitrogênio e forneceram essas bactérias como alimento aos vermes. Estes, por sua vez, foram “oferecidos” à planta. Os pesquisadores verificaram a presença dos isótopos de nitrogênio na planta, confirmando que a folha da planta havia digerido os nematoides e absorvido seus nutrientes. Segundo os pesquisadores, essa estratégia de captura é única entre as plantas carnívoras e surgiu, provavelmente, graças a uma combinação de fatores como: a planta ocorre em solos de areia muito branca que permite a passagem de luz, é pobre em água e nutrientes, mas rica em vermes nematoides; as temperaturas são elevadas e a radiação solar é alta. Essas condições extremas dificultam a sobrevivência da maioria das plantas, mas podem ter favorecido a seleção desse hábito peculiar da Philcoxia — o posicionamento subterrâneo de folhas, mantendo a função fotossintética — e acrescentado a essa função a capacidade de capturar e digerir animais. Para saber mais, leia o artigo disponível em: <http://agencia.fapesp.br/15069>. Acesso em: dez. 2012.

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a) Qual trecho do texto se refere ao conceito de metabolismo, característica exclusiva dos seres vivos? b) em qual trecho do texto está embutida a noção de seleção natural? c) Faça um esquema que represente os passos desses pesquisadores, mostrando como eles aplicaram a metodologia científica. Considere que eles partiram da observação da existência de folhas verdes subterrâneas nessas plantas e que a essas folhas sempre estavam aderidos vermes nematoides. Qual hipótese foi testada? Como foi feito o teste dessa hipótese? Quais foram os resultados? Quais foram as conclusões?

Atividade 5: É ser vivo ou não é?

habilidades do enem: h13, h17, h28.

tOm martiN/sCieNCe sOurCe/DiOmeDia

analise a fotografia a seguir. se você encontrasse essa estrutura amarelada sobre um tronco de árvore, diria que é um ser vivo?

A imagem está ampliada — sua largura real é de cerca de 2 cm.

em muitos casos, é fácil diferenciar um ser vivo de um não vivo, em outros, porém, não é tão simples. essa estrutura amarelada sobre o tronco é um ser vivo da espécie Hemitrichia serpula. esse organismo vive em locais úmidos e sombreados de florestas, geralmente sobre troncos de árvores ou folhas caídas em decomposição. seu aspecto é o de uma massa gelatinosa, capaz de se deslocar por movimentos ameboides durante parte do ciclo de vida. Por meio desses movimentos o organismo também captura bactérias, seu alimento. em outra fase do ciclo de vida, ele sofre alterações e forma estruturas reprodutivas de poucos milímetros, em forma de haste, que produzem esporos. O grande grupo ao qual esse organismo pertence descende de uma linhagem que compartilha um ancestral comum com as amebas. esse organismo é classificado como mixomiceto. Que características mencionadas na descrição acima permitem afirmar que o organismo mostrado na fotografia é mesmo um ser vivo?

1.

32

(enem) Quando um reservatório de água é agredido ambientalmente por poluição de origem doméstica ou industrial, uma rápida providência é fundamental para diminuir os danos ecológicos. Como o monitoramento constante dessas águas demanda aparelhos caros e testes demorados, cientistas têm se utilizado de biodetectores, como peixes que são colocados em gaiolas dentro da água, podendo ser observados periodicamente. Para testar a resistência de três espécies de peixes, cientistas separaram dois grupos de cada espécie, cada um com cem peixes, totalizando seis grupos. Foi, então, adicionada a mesma quantidade de poluentes de origem doméstica e industrial, em separado. Durante o período de 24 horas, o número de indivíduos passou a ser contado de hora em hora.

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Os resultados são apresentados a seguir. Pelos resultados obtidos, a espécie de peixe mais indicada para ser utilizada como detectora de poluição, a fim de que sejam tomadas providências imediatas, seria: CONCEITOGRAF

Espécie I

Número de peixes

100

50

0 Tempo (24 horas)

Espécie II

Número de peixes

100

50

0 Tempo (24 horas)

Espécie III

e) as espécies II e III juntas, pois como são pouco tolerantes à poluição propiciam um rápido alerta. O texto a seguir refere-se às questões 2 e 3. Podemos afirmar que uma borboleta, um cajueiro, um cogumelo e um humano são seres vivos, enquanto uma rocha, o vento e a água não são. Fazemos isso porque os seres vivos compartilham características que os distinguem de seres não vivos. Essas características incluem determinados tipos de organização e a presença de uma variedade de reações químicas que os capacitam a manter o ambiente interno estável, mesmo quando o ambiente externo varia, permitindo-lhes obter energia, deslocar-se no ambiente, responder a estímulos provindos dele e perpetuar a vida. Para realizar tais funções, os seres vivos são compostos de unidades básicas que constituem a totalidade do seu corpo, ou essas unidades estão agregadas, formando estruturas complexas que realizam determinadas funções, como impulsionar o sangue. Essas formas vivas podem produzir outras idênticas ou muito similares a si próprias, um processo realizado por uma série de estruturas que agem em conjunto. No início de suas vidas, essas formas vivas podem ser idênticas aos organismos que as formaram ou sofreram mudanças que as tornam similares a esses organismos em um estágio posterior, além de aumentarem o tamanho dos seus corpos durante esse processo.

2. (UFPB) No texto, estão citadas as conceituações das se-

100

Número de peixes

d) as espécies I e II juntas, pois tendo resistência semelhante em relação à poluição permitem comparar resultados.

guintes características dos seres vivos:

a) metabolismo, movimento, reatividade, crescimento, reprodução. X

50

b) evolução, reatividade, ambiente, reprodução, crescimento. 0 Tempo (24 horas) Com poluentes domésticos Com poluentes industriais

a) a espécie I, pois sendo menos resistente à poluição morreria mais rapidamente após a contaminação. X

c) evolução, composição química, movimento, reprodução, crescimento. d) respiração, reprodução, composição química, movimento, crescimento. e) metabolismo, ambiente, movimento, reatividade, crescimento.

3. (UFPB) Os níveis de organização da vida que se podem depreender do texto são:

b) a espécie II, pois sendo a mais resistente haveria mais tempo para testes.

a) célula, órgão, população, ecossistema.

c) a espécie III, pois, como apresenta resistência diferente à poluição doméstica e industrial, propicia estudos posteriores.

c) tecido, sistema, organismo, biosfera.

b) célula, órgão, sistema, organismo. X d) tecido, órgão, sistema, comunidade. e) órgão, sistema, organismo, população. Capítulo 1 • Introdução à Biologia

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Introdução à Ecologia AdrIANo GAMbArINI

Cap tulo 2

Figura 2.1. O sucesso do estabelecimento e da sobrevivência das espécies nos diferentes ambientes depende de diversos fatores físicos, químicos e biológicos, que interagem de maneira complexa e dinâmica. Na fotografia, aves trinta-réis-do-manto-negro, no Atol das Rocas, Rio Grande do Norte, são um exemplo do sucesso dessa interação. Essas aves são migratórias e se reproduzem apenas em certas regiões. A transformação do Atol das Rocas em reserva ambiental, em 1979, tem se revelado fundamental para a sobrevivência desta e de outras espécies que vivem ou se reproduzem nesse ecossistema.

• Descreva algumas características da região onde você mora: – O clima é frio, quente, chuvoso, seco ou úmido? – Qual o tipo de vegetação mais comum? – A maior parte do terreno é plana ou montanhosa? – Há praia, rios ou lagos por perto?

• O Atol das Rocas está localizado próximo à linha do Equador. Com essa informação, como você acha que é o clima no local? Compare-o com o clima de sua cidade. • A vegetação da região onde você mora tem alguma relação com o clima local? Explique sua resposta.

• Como você caracterizaria a região em que mora: urbana ou rural? Que critérios adotou para essa caracterização? • Em sua opinião, um ambiente urbano pode ser objeto de estudo da Biologia? Justifique sua resposta.

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1. Ecologia A palavra Ecologia deriva de duas palavras gregas: oikós (casa) e logos (estudo). Assim, Ecologia significa literalmente o “estudo da casa”. Essa palavra foi usada pela primeira vez em 1870 pelo biólogo alemão Ernst Haeckel, para designar o estudo das interações dos organismos entre si e com os demais componentes do ambiente. A Ecologia é um ramo da Biologia que tem se destacado recentemente, pois os desequilíbrios ecológicos provocados pela ação humana só serão evitáveis na medida em que se conheçam a estrutura e o funcionamento dos ecossistemas. O nível mais amplo estudado pela Ecologia é a biosfera, que já foi apresentada no capítulo anterior. O termo biosfera foi criado por semelhança aos utilizados para designar camadas ou esferas relacionadas aos componentes abióticos (a = prefixo de negação, bio = vida; isto é, sem vida) da Terra, que são: • atmosfera (atmós = gás): camada ou esfera da Terra formada pelo ar; • hidrosfera (hidro = água): camada ou esfera da Terra formada pela água; • litosfera (lito = pedra): camada ou esfera da Terra formada pelas rochas e pelos solos. A biosfera, assim como as demais “esferas”, não é uma camada homogênea, pois as condições ambientais do nosso planeta variam de uma região para outra. Os limites da biosfera são definidos em função de registros que indicam a presença de seres vivos. Esses limites vão desde aproximadamente 11 000 metros de profundidade, nos oceanos, até cerca de 7 000 metros de altitude, na atmosfera. Depois de conhecer a biosfera, vamos estudar os principais tipos de ecossistemas da Terra: como eles se distribuem, quais são seus organismos mais característicos e os principais fatores abióticos que interferem no padrão geral de distribuição dos organismos. A partir disso, passaremos ao estudo da estrutura e do funcionamento dos ecossistemas e, em seguida, estudaremos unidades ecológicas hierarquicamente inferiores: as comunidades e as populações. As condições ambientais são muito importantes na distribuição dos seres vivos. Nos locais onde tais condições são mais favoráveis, a diversidade de formas

vivas é maior, ocorrendo o contrário quando as condições não são favoráveis. Um dos principais fatores que interferem nessas condições é o clima das diferentes regiões, que sofre influência da latitude, altitude e outros fatores, como estudaremos a seguir. Ao longo deste capítulo, você notará a presença de conhecimentos pertencentes também à Química, Física e Geografia. Por exemplo, ao falarmos em calor, temperatura e densidade, usaremos os mesmos conceitos da disciplina Física. Quando falarmos do comportamento dos gases da atmosfera, de substâncias e de elementos químicos, empregaremos saberes da área de Química. Além disso, ao estudarmos nosso planeta usando mapas, falando em clima e em distribuição dos seres vivos com base em grandes padrões climáticos, estaremos aplicando habilidades e conhecimentos adquiridos no estudo da Geografia. Assim, o que apresentamos neste capítulo é fruto de pesquisas interdisciplinares nessas grandes áreas do saber. O estudo deste capítulo será muito enriquecido se for acompanhado de um atlas geográfico ou mesmo do seu livro de Geografia, onde você poderá obter informações adicionais sobre alguns dos aspectos que trataremos. Você pode encontrar muitas informações relevantes no site <http://atlasescolar.ibge.gov.br/en> (acesso em: jan. 2013), do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Segundo o IBGE, atlas é um conjunto de mapas e cartas geográficas, mas o termo se aplica também a um conjunto de dados sistematicamente organizados sobre determinado assunto. O uso de atlas é importante como fonte de informações, apoio à aprendizagem e à realização de pesquisas. Se for possível, antes de prosseguir com o texto deste capítulo, explore duas explicações interativas disponíveis no site do IBGE: • O que é Cartografia? <http://atlasescolar.ibge.gov.br/en/ conceitosgerais/o-que-e-cartografia> • Sistema de Posicionamento Global (GPS) <http://atlasescolar.ibge.gov.br/en/ conceitosgerais/conceitos-e-tecnicas>. (Acessos em: jan. 2013.)

2. A hipótese Gaia Em 1916, o cientista T. C. Chamberlin explicou com a seguinte frase a importância da interação dos seres vivos com o meio ambiente: “O mais importante reside em convencer tantas pessoas quanto pudermos de que a nossa Terra não é um planeta morto, mas um organismo vivo e ativo”.

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Posteriormente, em 1979, James E. Lovelock (1919-) publicou o livro Gaia: a new look at life on Earth (Gaia: uma nova maneira de se ver a vida na Terra), em que formula a hipótese Gaia, nome escolhido com base na mitologia grega, pois Gaia era a deusa da Terra, mãe de todos os seres vivos. Segundo essa hipótese, que teve grande apoio e colaboração da cientista Lynn Margulis (1938-2011), a Terra deve ser compreendida como um imenso organismo vivo, capaz de obter energia para seu funcionamento e capaz de se autorregular, como fazem os seres vivos. Essa hipótese propõe que os seres vivos são capazes de modificar o ambiente físico, tornando-o mais adequado à sobrevivência. Assim, a Terra seria um planeta cuja vida controla a manutenção da própria vida. Um dos exemplos dados para reforçar essa interpretação refere-se à composição de gases da atmosfera terrestre, em que o alto teor de O2 e o baixo teor de CO2 só são mantidos pela fotossíntese; portanto, sem a atuação dos organismos fotossintetizantes não haveria possibilidade de manutenção da maioria das formas de vida que existem hoje na Terra. O quadro mostrado ao lado (fig. 2.2) compara a composição atual da atmosfera na Terra com a provável composição, caso não houvesse vida.

Atmosfera

Terra sem vida

Terra atual

CO2

98%

0,03%

N2

1,9%

79%

O2

Traços

20%

Figura 2.2. Tabela com a composição atual da atmosfera da Terra e com a provável composição da atmosfera terrestre sem vida. Fonte: ODUM, E. P. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. p. 16.

Segundo a hipótese Gaia, a atmosfera terrestre não desenvolveu a capacidade de sustentar a vida apenas pela interação de forças físicas, surgidas ao acaso, para depois a vida evoluir, adaptando-se às condições ambientais que já existiam. Na verdade, a própria vida interferiu na composição da atmosfera, tornando-a mais adequada à sobrevivência dos organismos. Essa hipótese causou grande impacto nos meios científicos, tendo recebido severas críticas de alguns cientistas e apoio de outros. Apesar das discussões calorosas que geralmente ocorrem quando se fala em hipótese Gaia, ela carrega uma mensagem metafórica muito importante: a Terra pode ser vista como um organismo, em que os seres vivos e o meio ambiente formam sistemas inter-relacionados e inseparáveis.

3. A atmosfera e o efeito estufa A atmosfera pode ser dividida em quatro camadas principais: a troposfera, a estratosfera, a mesosfera e a termosfera. O limite de cada uma dessas camadas é definido pela mudança abrupta da temperatura média (fig. 2.3).

A terceira camada da atmosfera é a mesosfera, caracterizada pela diminuição da temperatura em função da altitude. Na quarta camada, a termosfera, há novamente elevação da temperatura com o aumento da altitude, pois as poucas moléculas aí presentes absorvem radiação solar de alta energia, ocorrendo sua conversão em energia térmica. A atmosfera é fundamental para a biosfera, pois, além de conter gases essenciais para a vida, impede que a Terra perca calor, atuando como um “cobertor” ou como uma estufa. É por isso que se fala em efeito de cobertura ou efeito estufa da atmosfera.

36

STudIo cAPArroZ

A troposfera é a camada mais próxima da superfície terrestre e a que apresenta a maior parte das moléculas de gases da atmosfera. É nela que encontramos as proporções de 78% de gás nitrogênio (N2), 21% de gás oxigênio (O2), 0,03% de gás carbônico (CO2) e aproximadamente 0,3% a 0,4% de vapor-d’água. Na troposfera é onde ocorrem os principais fenômenos climáticos. Essa camada é caracterizada pela diminuição da temperatura em função Temperatura Altitude (°C) (km) da altitude. Termosfera Acima da troposfera localiza-se a estratos80 fera, camada rica em ozônio (O3), gás que se Mesosfera forma com a quebra de moléculas de gás oxi50 gênio (O2) pela energia radiante e posterior reorganização dos átomos em moléculas de Estratosfera O3. Ele é o principal gás responsável pelo au0 10 mento da temperatura que se verifica nessa -80 -60 -40 -20 20 40 Troposfera camada à medida que aumenta a altitude. O ozônio absorve a maior parte da radiação ultravioleta do Sol, que é convertida em energia Figura 2.3. Perfil térmico e principais divisões da atmosfera: troposfera, térmica. estratosfera, mesosfera e termosfera.

Professor(a), a leitura desse gráfico deve ser incentivada e, de preferência, feita com sua orientação.

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Efeito estufa e aquecimento

Professor(a), veja mais orientações no Manual.

Você mesmo pode fazer um experimento simples, a fim de testar a hipótese de que a ocorrência do efeito estufa depende do material que recobre a superfície. Para isso, vamos simular o que ocorre em uma estufa de plantas, que utiliza o vidro para manter a radiação infravermelha em seu interior. Materiais • 1 termômetro; • 3 caixas de sapato de mesmo tamanho;

• 1 placa de vidro transparente, pouco maior que a tampa da caixa de sapato;

• areia seca;

• filme plástico transparente.

Procedimento

CONCEITOGRAF

1. Faça um furo na lateral de cada caixa, próximo ao fundo, com tamanho suficiente para a introdução do termômetro. coloque o termômetro (fig. 2.4).

Figura 2.4. Esquema para montagem das caixas com termômetro.

2. cubra o fundo das 3 caixas com a areia seca de modo que o termômetro fique coberto pela areia. 3. Deixe uma das caixas sem cobertura (caixa 1). Cubra a segunda caixa com filme plástico, de forma a não deixar frestas que permitam a ventilação. cubra a terceira caixa com a placa de vidro, cuidando também para que não haja frestas. A montagem deve ficar parecida com o esquema a seguir (fig. 2.5). Caixa 2

CONCEITOGRAF

Caixa 1

Caixa 3

Figura 2.5. Esquema de montagem do experimento.

4. coloque as 3 caixas sob o sol, lado a lado, e meça a temperatura interna de cada uma delas, em intervalos de 5 minutos, durante pelo menos meia hora. Assegure-se de que a medida no termômetro tenha se estabilizado antes de registrar a temperatura. Todas as medidas deverão ser organizadas em uma tabela, como a mostrada na figura 2.6. 5. Terminada a coleta de dados, utilize as informações da tabela para construir um gráfico de linhas que represente a variação de temperatura em função do tempo nas 3 caixas. Figura 2.6. Tabela para organização das medidas extraídas do experimento.

Tempo

Caixa 1 Caixa 2 (sem cobertura) (filme plástico)

Caixa 3 (vidro)

Início 5 min 10 min

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Questões

1. Nesse experimento, qual é a função da caixa sem cobertura? 2. Em qual caixa o interior ficou mais aquecido? 3. A hipótese foi corroborada?

O resultado será mais confiável caso você replique (isto é, repita) o experimento algumas vezes, calculando as temperaturas médias em cada momento observado. Isso se justifica porque pode ocorrer uma condição imprevista em uma das caixas que altere o resultado, levando a conclusões erradas. Pode acontecer também de algo imprevisto ocorrer simul­ta­nea­mente nas 3 caixas, levando a uma falha de toda a experimentação. Discuta em classe como esse experimento poderia ser melhorado.

Professor(a), no site <www.sciencelearn.org.nz/Science-Stories/ Harnessing-the-Sun/Sci-Media/Animations-and-Interactives/The­ electromagnetic-spectrum> há um material interativo para explicar o espectro da luz solar. Apesar de estar em inglês, as imagens são bastante explicativas.

Luz visível

estudio para studio

Os principais componentes da atmosfera que contribuem para o efeito estufa são o gás carbônico, o gás metano e o vapor-d’água. A luz solar é a principal fonte de energia para a Terra. Ela é composta de um amplo espectro de radiação eletromagnética com diferentes comprimentos de onda, como mostra a figura 2.7. Apenas parte da radiação solar forma a luz que é visível aos nossos olhos, com os comprimentos de onda correspondentes às sete cores, na seguinte ordem crescente de energia: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. A radiação ultravioleta é a que promove o bronzeamento de nossa pele e cujo excesso pode causar câncer de pele. Quando pensamos em efeito estufa, a radiação responsável pelo aquecimento é a infravermelha. Vamos ver como isso acontece.

Ultravioleta

Infravermelho

Micro-ondas

Raio X

Ondas de rádio

Ondas gama

Aumento no comprimento de onda Aumento no nível de energia

 Figura 2.7. Esquema do espectro da luz solar, indicando de forma esquemática os comprimentos de onda e os níveis de energia.

Parte da radiação solar que chega à atmosfera volta para o espaço, refletida principalmente pelas nuvens. A luz solar que atinge a superfície terrestre é em grande parte absorvida pelo solo, pela água e pelos seres vivos. Essas superfícies aquecidas emitem de volta para a atmosfera radiação infravermelha, sendo a maior parte dela absorvida pelos gases do efeito estufa. A atmosfera impede, assim, que o calor se dissipe completamente, evitando o resfriamento da Terra. Só pequena quantidade da radiação infravermelha retorna para o espaço (fig. 2.8). Fenômeno semelhante ocorre em uma estufa: o vidro da estufa é transparente à energia luminosa do Sol;

38

essa energia é absorvida pelas plantas e pelo solo e reirradiada como infravermelho; o vidro retém parte desses raios dentro da estufa (fig. 2.9). Conhecendo-se a importância da atmosfera para o equilíbrio térmico da Terra, pode-se supor que a modificação em sua composição pode afetar a vida no planeta. O aumento da concentração de CO2 na atmosfera, decorrente da queima de combustíveis fósseis (como gasolina e óleo diesel), pode provocar elevação da temperatura média, pois esse gás acentua o efeito estufa. Esse processo é conhecido como aquecimento global, assunto que será discutido no capítulo 6 desta unidade.

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rIckArdo

O efeito dos gases-estufa

Parte da radiação refletida atravessa o vidro e parte fica retida, promovendo o aquecimento da estufa.

rIckArdo

Radiação solar

Parte da energia é refletida para o espaço.

A Terra é aquecida pela radiação infravermelha refletida pela superfície.

Reflexão

A energia solar chega à superfície da Terra, atravessando a atmosfera.

Os gases do efeito estufa da atmosfera, como o CO2, aprisionam parte da radiação infravermelha, o que favorece o aquecimento da Terra.

Figura 2.9. Esquema mostrando o aquecimento do ar dentro de uma estufa de plantas. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Figura 2.8. Esquema mostrando como ocorre o aquecimento da troposfera. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

4. Os grandes padrões climáticos Os grandes padrões climáticos estão relacionados a dois fatores básicos: • variação da energia solar recebida pela Terra em função da latitude; • movimentos de rotação e de circunvolução da Terra. A interação desses fatores determina os principais padrões gerais de distribuição da temperatura, da circulação de ar e da incidência de chuvas no planeta. Determina, enfim, os padrões climáticos, que, por sua vez, interferem nos padrões de distribuição dos organismos na superfície terrestre. Os raios solares aquecem a superfície da Terra e o ar próximo a ela se expande e diminui sua densidade. Sendo menos denso, o ar aquecido sobe; e por ser aquecido tem sua capacidade de reter vapor de água aumentada, o que acelera a evaporação da água presente em solos, lagos, rios e mares. Enquanto sobe, o ar se expande ainda mais, devido à redução da pres-

são atmosférica. Como na troposfera a temperatura diminui com o aumento da altitude, o ar resfria-se. Isso causa a condensação do vapor de água contido nele e formam-se as nuvens e/ou chuvas. O ar, agora resfriado, é mais denso e desce. Ao chegar próximo à superfície terrestre, sofre aquecimento, dando início a outro ciclo. A quantidade de vapor de água na atmosfera é denominada umidade do ar. A umidade do ar é fator determinante na redução dos contrastes entre temperaturas diurnas e noturnas. Em regiões desérticas, a umidade do ar é baixa. Assim, como durante o dia o ar é aquecido por transferência térmica direta do solo, ao chegar a noite a ausência de nuvens e de vapor de água permite a rápida dissipação do calor e a temperatura cai drasticamente. Vamos pensar, agora, no que acontece em grande escala, considerando o globo terrestre como um todo. Para isso, realize a proposta a seguir.

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No Manual, é proposto um complemento para a atividade de observações e reflexões sobre o que determina as diferenças entre estações do ano. Se possível, orientar os alunos para a realização dele.

Será que os raios solares atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade? Para responder a essa pergunta, vamos realizar a seguinte simulação, que deve ser feita em grupo. Nessa simulação, os tamanhos dos objetos e as distâncias não serão proporcionais às reais. Um exemplo do que estamos falando é o diâmetro do Sol em relação ao diâmetro da Terra. Segundo o site <http://astro.if.ufrgs.br/grao.htm> (acesso em: jan. 2013), o diâmetro do Sol é de cerca de 1 400 000 km, e o da Terra é de 13 000 km. Se o Sol fosse representado por uma bola de futebol, a Terra deveria ser representada por uma semente de mamão. CRISTINA XAVIER

Materiais • 1 cartolina; • tesoura de ponta arredondada; • globo terrestre, como o mostrado na figura 2.10. O eixo da Terra é inclinado em relação ao plano de sua órbita ao redor do Sol. O ângulo de inclinação é de pouco mais de 23º 27’;

Figura 2.10. Globo terrestre. LUÍS MOURA

• 1 fonte de luz para simular o Sol, como uma lanterna ou, se preferir, uma fonte de luz montada por você. Para isso, você vai precisar de 2 pilhas comuns de 1,5 V, 2 pedaços de 30 cm de fio elétrico, fita crepe e 1 lâmpada de 3 V. Veja a figura 2.11. Esta montagem é um exemplo de circuito elétrico, cujo funcionamento é explicado pela eletrodinâmica, na disciplina de Física. Seus componentes básicos são o gerador (pilhas), os condutores (fios) e a resistência (lâmpada). Procedimento Na cartolina, recorte bem no centro uma janela quadrada de 1 cm de lado. Em um ambiente escuro, posicione essa cartolina a cerca de 20 cm da fonte de luz. Coloque o globo entre eles, a 10 cm de cada um. Mova a cartolina de modo a fazer com que a luz incida sobre a região do equador (situação A). Depois, mova a cartolina novamente para que a luz incida sobre a região polar (situação B). Atividades

1.

Fita adesiva

Figura 2.11. Esquema mostrando uma fonte de luz construída para a atividade.

Comparando as situações A e B, o que acontece com a região iluminada? Explique sua resposta.

2. Em qual das duas áreas iluminadas a temperatura da superfície seria maior? Justifique sua resposta. 3. Agora, mova a cartolina lentamente desde a região do equador até a região polar norte e depois sul e descreva o que acontece com a área iluminada em cada situação.

4.

Coloque a cartolina em uma posição fixa, mas que ilumine a região equatorial do globo. Gire lentamente o globo terrestre em torno de seu eixo, no sentido anti-horário (ou de Oeste para Leste), simulando o movimento de rotação da Terra, que determina a duração do dia e da noite. Quais regiões do planeta ficaram iluminadas? A área iluminada foi a mesma em cada região? Explique.

5. Agora, vamos simular o movimento de translação da Terra, que é o movimento dela ao redor do Sol, com duração de

365 dias e 6 horas (como no calendário o ano tem 365 dias, compensam-se as 6 horas de 4 em 4 anos, acrescentando um dia a mais no mês de fevereiro, no chamado ano bissexto). No sentido anti-horário, mova lentamente apenas o globo ao redor da fonte de luz, mas sem fazer o movimento de rotação do globo, como mostra a figura 2.12. Essa

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figura também mostra as datas importantes relacionadas às estações do ano. A órbita da Terra é uma elipse muito próxima a uma circunferência. Professor(a), veja mais informações no Manual. 1 20-21 de março

8

2

3

7

21-22 de junho

WALTer cALdeIrA

21-22 de dezembro

4

6

5 22-23 de setembro

Figura 2.12. Esquema da Terra girando ao redor do Sol. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Ao longo desse movimento de translação, a área do globo que recebe mais luz é sempre a equatorial? explique.

6. Agora, realize ao mesmo tempo os movimentos de rotação e de translação da Terra. A que conclusões você chega, visando responder à pergunta inicial?

7.

Após entender todo esse processo, reproduza em seu caderno o esquema mostrado na figura 2.12. Vamos usá-lo para falar das estações do ano. Para isso, associe as seguintes descrições aos locais a que elas se referem no esquema: •

Situação 1 – Equinócio, palavra que significa “noites iguais” (20-21 de março): os raios solares atingem perpendicularmente a Terra no equador. os hemisférios Sul e Norte ficam igualmente iluminados, mas os polos praticamente não recebem luz. Tem início o outono no hemisfério Sul e a primavera no hemisfério Norte.

Situação 2 – os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais próximos do Trópico de câncer.

Situação 3 – Solstício, palavra que significa “Sol parado” (21-22 de junho): os raios atingem perpendicularmente a Terra no Trópico de câncer; nesse dia, o círculo Polar Ártico fica iluminado todo o tempo, marcando o início do inverno no hemisfério Sul e do verão no hemisfério Norte.

Situação 4 – os raios vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais próximos do equador.

Situação 5 – Equinócio (22-23 de setembro): os raios do Sol atingem perpendicularmente a Terra no equador. os hemisférios Norte e Sul ficam igualmente iluminados, mas os polos praticamente não recebem luz. Tem início a primavera no hemisfério Sul e o outono no hemisfério Norte.

Situação 6 – os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais próximos do Trópico de capricórnio.

Situação 7 – Solstício (21-22 de dezembro): os raios solares atingem perpendicularmente a Terra no Trópico de capricórnio; nesse dia, o círculo Polar Antártico fica iluminado todo o tempo, marcando o início do verão no hemisfério Sul e do inverno no hemisfério Norte.

Situação 8 – os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em latitudes cada vez mais próximas do equador.

A atividade realizada propicia que o aluno entenda melhor como ocorrem as estações do ano. o esquema em 2d, representado no livro e o que o aluno vai reproduzir no caderno, pode levar a erros. Assim, discuta bem esse assunto com eles. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Entre 30° e 60°, também ao norte e ao sul, formam-se outras duas células de circulação chamadas células de Ferrél, onde o ar aquecido sobe ao redor dos 600 de latitude. Em geral, nas regiões de ar descendente há poucas chuvas e nas de ar ascendente há maior pluviosidade. Finalmente, entre 60° e 90°, também no norte e no sul, formam-se as células polares. Essa dinâmica da atmosfera, além de estabelecer padrões climáticos, permite a transmissão vertical e horizontal da energia térmica, impedindo o superaquecimento das regiões tropicais nos meses mais quentes e o excessivo resfriamento das regiões temperadas e polares nos meses mais frios. Células de Ferrél

Células de Hadley

LuÍS MourA

60º N

30º N

Equador

30º S

Figura 2.13. Esquema mostrando as células de circulação atmosférica. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Ar seco e frio Célula de Hadley

Célula de Hadley

Ar seco é aquecido conforme desce

CONCEITOGRAF

O aquecimento diferencial da Terra em função da latitude, associado ao movimento de rotação e de translação da Terra, determina em grande extensão a localização das principais zonas climáticas: a polar, a temperada e a tropical, que são importantes no estabelecimento dos grandes padrões de distribuição dos seres vivos. Esse aquecimento diferencial determina também os grandes padrões de circulação do ar. Em 1735, o meteorologista inglês George Hadley propôs o modelo celular de circulação atmosférica, modificado posteriormente pelo meteorologista norte-americano William Ferrél no século 19. Segundo esse modelo, a circulação atmosférica ocorre por meio de três tipos de células em cada hemisfério, que são simétricas em relação ao equador. Posteriormente, verificou-se que essa simetria ocorre apenas no outono e na primavera. Entre o equador e a latitude de 30° Norte e Sul formam-se duas células de circulação, chamadas células de Hadley (fig. 2.13). Vamos acompanhar uma delas. Em seu ramo inferior, próximo à superfície terrestre, o ar flui em direção ao equador. Nesse percurso, o ar sofre aquecimento e adquire umidade, formando os chamados ventos alísios. Perto do equador, esse ar aquecido e rico em vapor-d’água sobe, criando áreas de baixa pressão, onde se formam as calmarias. Ao subir, ele se expande, sofre resfriamento e o vapor se condensa, dando origem a precipitações intensas. O ramo superior dessa célula transporta, agora, uma massa de ar relativamente fria e sem umidade. Em torno dos 30° de latitude, esse ar seco desce e é responsável pelos grandes desertos encontrados ao redor dessa latitude (fig. 2.14).

Chove quando o ar quente e úmido resfria

Ar aquecido sobe Ar absorve umidade

Ar absorve umidade

Zona árida 30º

Zona árida 30º Equador

Figura 2.14. Detalhe da circulação do ar entre o equador e as latitudes 30º N e 30º S, mostrando as duas células de Hadley. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

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Colocando em foco: o perigo da destruição da camada de ozônio A barreira natural formada pela camada de ozônio contra os raios ultravioleta é fundamental para a manutenção da vida na Terra (fig. 2.15). O excesso desse tipo de radiação é nocivo, pois está relacionado à indução de mutações, que são alterações no material genético. Nos seres humanos, por exemplo, esses raios podem favorecer o desenvolvimento de câncer de pele.

Nasa

/ S P L / L atin S to c k

A camada de ozônio vem sendo progressivamente destruída, principalmente pela ação de gases conhecidos por clorofluorcarbonos, também denominados CFCs, usados em sprays (aerossóis), condicionadores de ar, geladeiras, espumas plásticas, componentes eletrônicos e outros produtos. Existem cálculos que estimam em 75 anos a vida útil dos CFCs e em cerca de 100 mil o número de moléculas de ozônio que podem ser destruídas por um único átomo de cloro da molécula de CFC. Em função do comportamento das massas de ar na atmosfera, houve maior concentração desses gases em certas regiões, causando maior destruição da camada de ozônio nesses lugares. A maior delas fica sobre a Antártida, onde a camada de ozônio tornou-se menos espessa, formando o que ficou conhecido por “buraco na camada de ozônio”. Com a crescente redução da emissão dos CFCs, espera-se que até o final da década de 2040 esse “buraco” esteja bem menor.

F igura 2.15. Imagem de satélite colorida representando a espessura da camada de ozônio no hemisfério Sul da Terra, em 13 de setembro de 2007. As linhas são meridianos convergindo no Polo Sul. As menores espessuras estão representadas em roxo. As áreas em roxo têm sua camada de ozônio cerca de 40% mais delgada que o normal. O termo “buraco na camada de ozônio” refere-se a essa parte mais delgada.

Os grandes padrões climáticos sofrem alterações locais em função de outros fatores, como a altitude. A cada 200 m de altitude, a temperatura cai aproximadamente 1 °C e há modificação no regime de chuvas. Assim, em regiões montanhosas mais altas, as temperaturas são mais baixas, mesmo que estejam próximas ao equador. O monte Kilimanjaro, por exemplo, localizado na África, está exatamente sobre o equador, mas, pelo fato de ser muito alto, apresenta neve cobrindo seu cume (fig. 2.16).

DLILLC/Corbis/LatinStock

5. O efeito da altitude no clima

Figura 2.16. O monte Kilimanjaro (Quênia), localizado na região equatorial, ilustra o efeito da altitude sobre o clima. Em seu cume, as condições assemelham-se às que seriam encontradas em terras baixas em latitudes maiores.

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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6. O efeito dos oceanos no clima Outro fator de fundamental importância na manutenção do equilíbrio térmico na Terra são os oceanos. O aquecimento dos oceanos acontece de forma diferente daquela descrita para a troposfera. Enquanto a troposfera é aquecida de baixo para cima, os oceanos são aquecidos da superfície para o fundo. A energia solar que incide sobre os oceanos é parcialmente transformada em calor, que é refletido ou transmitido, principalmente por meio da turbulência gerada pelas ondas, para as camadas de água mais profundas (até cerca de 100 m de profundidade). Além da distribuição vertical do calor até cerca de

100 m de profundidade, as correntes oceânicas redistribuem horizontalmente o calor absorvido, transferem esse calor para a atmosfera, determinando alterações locais no clima, como explicado no mapa a seguir (fig. 2.17). Nos oceanos, a variação diária da temperatura é geralmente inferior à que ocorre no continente. Além disso, eles retêm mais calor e se aquecem mais lentamente que o solo terrestre. Por conta disso, os oceanos contribuem de modo efetivo na moderação do clima, uma vez que a reserva de calor nas águas adquirida nos meses mais quentes é, em parte, dissipada nos meses mais frios.

MARIO YOSHIDA

Correntes oceânicas OCEANO GLACIAL ÁRTICO 0º

CÍRCULO POLAR ÁRTICO

Corrente do Labrador

N

0

CÍRCULO POLAR ANTÁRTICO

2 390 km

ente Corr

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Corrente fria

do Cor ren te

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OCEANO PACÍFICO

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OCEANO ATLÂNTICO

OCEANO ÍNDICO

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TRÓPICO DE CAPRICÓRNIO

OCEANO PACÍFICO

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Corrente Norte-equatorial

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OCEANO ATLÂNTICO

Corrente da Califórnia

TRÓPICO DE CÂNCER

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Corrente quente

Fonte: Atlas mundial Melhoramentos. São Paulo: Melhoramentos, 1999. Figura 2.17. Mapa mostrando as principais correntes oceânicas superficiais, as quais exercem profundo efeito sobre o clima. A corrente do Golfo do México, que é quente, propicia temperaturas mais moderadas na Europa do que as da América do Norte, em latitudes semelhantes. A costa do Brasil recebe influência da corrente do Brasil, que é quente. A corrente de Humboldt, de águas frias, relaciona-se com temperaturas mais baixas na costa ocidental da América do Sul.

Colocando em foco: El Niño e La Niña e sua ação no clima O que é El Niño? É um fenômeno climático de escala global caracterizado pelo aquecimento acima do normal das águas superficiais do Oceano Pacífico Equatorial, que se estende desde a costa oeste da América do Sul (próximo ao Peru e Equador) até aproximadamente a Linha Internacional de Data (longitude de 180°). Este aquecimento anormal é geralmente observado no mês de dezembro, ou seja, próximo ao Natal. Dependendo da intensidade e duração do aquecimento da água do mar, os episódios de El Niño podem 44

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Região Norte Nesta região, o El Niño provoca redução de chuvas nos setores norte e leste da Amazônia. Uma das consequências deste efeito é o aumento significativo dos incêndios florestais.

Colômbia, Venezuela, Suriname, Guiana e Guiana Francesa 0º As chuvas nestas regiões são reduzidas, com excecão da costa da Colômbia, que recebe chuvas intensas durante o verão (dez.-mar.).

Região Nordeste Em anos de El Niño são esperadas secas de diversas intensidades durante a estação chuvosa, de fevereiro a maio, na faixa centro-norte da região. Algumas áreas, como sul e oeste do Nordeste, não são afetadas significativamente.

Equador, Peru, Bolívia e Chile Na costa ocidental da América do Sul, as chuvas se concentram nos meses de verão (dez.-mar.), principalmente na costa do Equador e norte do Peru, enquanto nas regiões central e sul do Chile os maiores índices pluviométricos ocorrem nos meses de inverno (jun.-set.). Por outro lado, nas regiões andinas do Equador, Peru e Bolívia, observa-se redução das precipitações.

Região Centro-Oeste As precipitaçõesa desta região não apresentam alterações muito evidentes; contudo, existe uma tendência de que essas chuvas fiquem acima da média histórica, com temperaturas mais altas no sul do Mato Grosso.

Região Sudeste O padrão das chuvas na região Sudeste não sofre alterações durante um evento de El Niño; contudo, é observado um aumento moderado das temperaturas durante o inverno.

Argentina, Paraguai e Uruguai Nestas regiões, durante um episódio de El Niño, as precipitações ficam acima da média climatológica, principalmente na primavera (set.-dez.) e verão (dez.-mar.).

Região Sul Nesta região, as precipitações são abundantes, principalmente na primavera (set.-dez.) e nos meses de maio a julho. Aumento da temperatura do ar é observado.

N

0

mario yoshida

ser classificados como fracos, moderados e fortes. Normalmente eles ocorrem em intervalos irregulares de 3, 7 e 12 anos, podendo durar de 12 a 18 meses. A figura 2.18 ilustra os efeitos causados pelo El Niño em todo o continente Sul-americano.

500 km

  F igura 2.18. Efeitos do fenômeno El Niño na América do Sul. Fonte: Centro Estadual de Meteorologia da Bahia.

Circulação de Grande Escala durante o fenômeno El Niño A Circulação de Grande Escala é responsável por todo o clima na Terra. É esta circulação que transporta calor e umidade de uma região para outra, ou seja, retira a umidade de uma região como os oceanos e florestas e provoca chuvas em outras, a exemplo do Nordeste do Brasil. Com a ocorrência do fenômeno El Niño a Circulação de Grande Escala é modificada, provocando mudanças no clima em diferentes regiões do Planeta, como aumento no volume das chuvas na costa do Peru e sul do Brasil e secas nas regiões Norte e Nordeste do Brasil. (...) anomalias climáticas associadas ao fenômeno El Niño são desastrosas e provocam sérios prejuízos socioeconômicos e ambientais.

O que é La Niña? La Niña representa um fenômeno oceânico-atmosférico com características opostas ao El Niño, ou seja, apresenta um esfriamento anormal nas águas superficiais do Oceano Pacífico Tropical. Este termo La Niña (que quer dizer “a menina”, em espanhol) também pode ser chamado de episódio frio, ou ainda El Viejo (“o velho”, em espanhol). Algumas pessoas chamam o La Niña de anti-El Niño, porém como El Niño se refere ao menino Jesus, o anti-El Niño seria então o Diabo e, portanto, esse termo é pouco utilizado. O termo mais utilizado hoje é: La Niña. (...) Em geral, os episódios La Niña também têm frequência de ocorrência em torno de 2 a 7 anos e seus episódios têm periodicidade de aproximadamente 9 a 12 meses. Alguns poucos episódios persistem por mais que 2 anos. (...) Texto extraído de: <www.inga.ba.gov.br/cemba/modules/conteudo/index.php?content_id=76> e <www.inga.ba.gov.br/cemba/modules/conteudo/index.php?content_id=75>. Acessos em: dez. 2009.

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Ecologia Urbana

Quando pensamos em Ecologia, podemos associar uma ideia errônea de que essa ciência se preocupa apenas com os ambientes não urbanos. Há, no entanto, uma área dentro da Ecologia que se chama Ecologia Urbana. Para falar um pouco sobre esse importante assunto, selecionamos trechos de um artigo escrito por Claudia Maria Jacobi, professora e pesquisadora da Universidade Federal de Minas Gerais. Sugerimos sua leitura na íntegra, pois os trechos aqui selecionados se referem somente a conteúdos mais próximos aos abordados no capítulo.

O sistema urbano é um ecossistema?

Alguns consideram as cidades como ecossistemas por estarem sujeitas aos mesmos processos que operam em sistemas silvestres. Outros argumentam que, a despeito de as cidades possuírem algumas características encontradas em ecossistemas naturais, não podem ser consideradas ecossistemas verdadeiros, devido à influência do homem. O fato é que se definirmos ecossistema como um conjunto de espécies interagindo de forma integrada entre si e com o seu ambiente as cidades certamente se encaixam nessa definição. As grandes cidades e outras áreas povoadas estão repletas de organismos. O construtor destes hábitats artificiais é o homem, mas uma infinidade de outras criaturas aproveitam e se adaptam a esses novos hábitats recém-criados. Os organismos urbanos, incluindo o homem, também se relacionam com outros organismos e essas interações podem ser estudadas, sob o ponto de vista conceitual, da mesma forma que relações ecológicas de ecossistemas naturais. (...)

O microclima urbano As estruturas urbanas e a densidade e atividade dos seus ocupantes criam microclimas especiais. A pedra, o asfalto e outras superfícies impermeáveis que substituem a vegetação têm uma alta capacidade de absorver e reirradiar calor. A chuva é rapidamente escoada antes que a evaporação consiga esfriar o ar. O calor produzido pelo metabolismo dos habitantes e aquele gerado pelas indústrias e veículos ajudam a aquecer a massa de ar. Estas atividades também liberam na atmosfera vapor, gases e partículas em grandes quantidades. Estes processos geram uma região de calor sobre as cidades onde a temperatura pode ser até 6 ºC mais alta do que no ambiente circundante. Este fenôme-

46

no é mais marcante no verão em áreas temperadas, quando os prédios irradiam o calor absorvido. As cidades recebem menos radiação solar que áreas rurais adjacentes pois parte desta é refletida por uma camada de vapor, dióxido de carbono e matéria particulada. Esta mesma camada faz com que a radiação emitida pelo solo seja refletida de volta para a Terra. As partículas no ar agem também como núcleos de condensação de umidade, produzindo um nevoeiro conhecido como smog (do inglês smoke + fog = fumaça + nevoeiro), a principal forma de poluição do ar. (...) Grandes cidades geralmente sofrem diariamente as consequências do smog. Aquelas sujeitas a smog industrial são chamadas de cidades de ar cinza e caracterizadas por um clima temperado, com invernos frios e úmidos. (...) As cidades sujeitas a smog fotoquímico (de ar marrom) geralmente têm clima mais quente e seco, e a maior fonte de poluição é a combustão incompleta de derivados de petróleo, o que favorece a formação de dióxido de nitrogênio, um gás amarelado. Na presença de raios ultravioleta este gás reage com hidrocarbonetos, formando uma série de poluentes gasosos conhecidos como oxidantes fotoquímicos. A maioria das grandes cidades sofre de ambos os tipos de smog. (...)

Problemas ecológicos das grandes áreas urbanas Alguns dos aspectos (...), como a importação de alimento e energia, são comuns a qualquer centro urbano, independentemente do seu tamanho. Outros, no entanto, acontecem de forma problemática somente nas grandes cidades. Entre estes últimos, foram mencionados a poluição do ar e o destino dos resíduos sólidos. A construção desordenada em áreas de risco e as deficiências no saneamento básico também afetam de modo mais drástico as grandes cidades. (...) Devido à forte ligação dos organismos urbanos com o homem, é necessário um envolvimento mais efetivo das ciências naturais com as sociais para integrar os conceitos ecológicos ao processo de planejamento urbano. (...)

Ecologia urbana, de Claudia Maria Jacobi, Instituto de Biociências/UFMG. Disponível em: <www.icb.ufmg.br/big/beds/arquivos/ ecourbana.pdf>. Acesso em: ago. 2012.

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1. Tomando por base esse texto e outras fontes de consulta sobre o tema Ecologia Urbana, analise a cidade onde mora e procure investigar se a temperatura do ar é mais alta em áreas com muitas construções e ruas asfaltadas, sem arborização, do que em áreas arborizadas. Explique seus dados. 2. Cite o nome de animais que vivem na sua cidade. Esses animais foram introduzidos pelas pessoas que aí vivem ou são animais que também ocorrem nos arredores da cidade? Para cada animal que você citou, diga como ele obtém alimento. 3. Consulte em diferentes fontes, textos que enumerem alguns problemas comuns nas grandes cidades (qualidade e distribuição de água, destinação dos esgotos, coleta e destinação do lixo, poluição do ar, transporte, distribuição de alimentos, entre outros). Reflita sobre o que você proporia para resolver esses problemas se fosse vereador de sua cidade. Para isso, certifique-se de que você sabe qual é o papel do vereador. Em seguida, faça um levantamento dos problemas que sua cidade enfrenta quanto aos aspectos listados no texto e pense em soluções. essas questões têm como objetivo maior trabalhar temas de ética e cidadania com os alunos, trazendo assuntos de política pública do local onde eles vivem. Aproveite a oportunidade para evidenciar como os conhecimentos científicos são importantes para todos, desde os políticos até os cidadãos comuns. um texto interessante está disponível no site: <www.fvhd.org.br/forum/topics/programa-5-ecologia-urbana-o>. Acesso em maio 2013.

Retome suas respostas para as questões da seção Pense nisso e procure reavaliá-las. Como deve variar o clima ao longo do ano no Atol das Rocas? Como você explicaria as diferenças e as semelhanças entre o clima do atol e o da sua cidade?

Professor(a), veja no Manual as competências estabelecidas pelos PcNeM que podem ser encontradas nas atividades a seguir.

Atividade 1: Aquecimento global – abordagem histórica em diferentes escalas temporais

Habilidades do Enem: H1, H3, H4, H21, H22, H24, H26, H27.

Analise os gráficos a seguir, lendo atentamente a legenda de cada um deles, e resolva as questões propostas.

Gráfico 1

a) Com as informações do gráfico 1, responda: CO2 atmosférico (ppm)

6 000

Temperatura global média (ºC)

CONCEITOGRAF

7 000

• aproximadamente por quantos anos a temperatura global média esteve acima de 20 ºC? E abaixo de 14 ºC?

5 000 4 000 3 000

22

2 000

17

1 000

12 600

500

400

300

200

100

0

Temperatura (ºC)

CO2 atmosférico (ppm)

8 000

Tempo (milhões de anos atrás)

Fonte: <www.lakepowell.net/sciencecenter/paleoclimate.htm>. Acesso em: ago. 2012. Temperatura global média e concentração atmosférica de gás carbônico estimadas para o período entre cerca de 600 milhões de anos e os tempos recentes. A temperatura média nos dias atuais é de cerca de 14 ºC.

• qual foi a temperatura média mais baixa estimada para os últimos 600 milhões de anos? e a mais alta? compare esses valores com a temperatura atual. b) Há fortes evidências de que a maior extinção em massa da Terra ocorreu há 250 milhões de anos, com o desaparecimento de 95% das espécies viventes (extinção do Permiano). Identifique esse período no gráfico e descreva o que ele tem de excepcional. como essa grande extinção poderia estar relacionada ao que você observou no gráfico? Para responder a essa pergunta, faça uma pesquisa sobre essa extinção e suas possíveis causas. esse tema será detalhado no capítulo 7. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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47

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— Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

350

+6 +4 +2

CO2 (ppm)

300

0 –2

250

–4 –6

200

–8 150 450

400

350

300 250 200 150 Tempo (em mil anos atrás)

100

50

Diferença de temperatura (ºC)

CONCEITOGRAF

Gráfico 2

–10

0

Registro de temperaturas (azul) obtido com base no estudo do gelo da estação de pesquisas de Vostok, juntamente com as concentrações estimadas de CO2 (vermelho), ao longo dos últimos 450 mil anos. O padrão periódico (ou cíclico) é relacionado com características da órbita terrestre ao redor do Sol e com a inclinação do eixo de rotação da Terra. Os valores na escala da temperatura representam as diferenças em relação à média da temperatura para o período compreendido entre 1960 e 1990. O valor zero do gráfico representa, assim, apenas o referencial e não indica que a temperatura média nesse período tenha sido zero. Os demais valores foram calculados para podermos comparar quanto a temperatura já foi maior (+) ou menor (–) que a média de 1960-1990. O mais recente máximo de expansão das calotas polares ou glaciação ocorreu há cerca de 18 mil anos; a partir daí, está havendo retração das calotas polares.

Fonte: <www.brighton73.freeserve.co.uk/gw/paleo/paleoclimate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

No gráfico 2, é possível perceber um padrão que se repete nos últimos 450 mil anos: depois de um brusco aumento da temperatura, da ordem de 10 ou 11 ˚C, segue-se uma tendência decrescente. a) Qual é, aproximadamente, a periodicidade desse padrão de oscilação? b) de acordo com o gráfico, a temperatura atual está dentro desse padrão? — Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

350

+6 +4 +2

CO2 (ppm)

300

0 –2

250

–4 –6

200

–8 150

20

18

16

14

12 10 8 6 Tempo (em mil anos atrás)

4

2

0

Diferença de temperatura (ºC)

CONCEITOGRAF

Gráfico 3

–10

Fonte: <www.brighton73.freeserve.co.uk/gw/paleo/paleoclimate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

Este gráfico mostra em maior detalhe o registro de temperaturas (azul) obtido com base nos estudos do gelo de Vostok (Antártida), juntamente com as concentrações estimadas de CO2 (vermelho), ao longo dos últimos 20 mil anos. A linha vermelha, quase vertical no extremo direito do gráfico, corresponde ao forte aumento da concentração de CO2 verificado desde a Revolução Industrial. A linha horizontal corresponde aos valores médios da temperatura no período entre 1960 e 1990 (os valores negativos na escala da temperatura representam temperaturas abaixo da média, enquanto os positivos, acima da média). Em uma escala de tempo maior, em cerca de 90% dos últimos 2 milhões de anos, as superfícies geladas foram mais extensas que hoje. Por outro lado, todo esse tempo foi relativamente curto se compararmos com o longo período de quase 200 milhões de anos que o precedeu, durante o qual a temperatura foi mais alta do que é hoje (estima-se que, na época dos dinossauros, por exemplo, o Oceano Ártico era entre 10 e 15 ºC mais quente, podendo ter chegado a 20 ºC).

Com a análise do gráfico 3, você vê uma tendência de aquecimento no correspondente aos últimos 10 ou 11 mil anos? Explique sua resposta. Gráfico 4 350

— Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

+1,0 +0,5

CO2 (ppm)

330 310

0,0

290 –0,5

270 250

–1,0

230 210 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 Tempo (anos atrás)

48

600

400

200

0

–1,5

Diferença de temperatura (ºC)

CONCEITOGRAF

370

Reconstrução paleoclimática referente aos últimos 2 mil anos (feita em 2005). A linha horizontal corresponde à média para o período de 1960-1990 (os valores na escala de temperatura representam as diferenças em relação a essa média). As duas curvas de teor de CO2 superpostas correspondem a estimativas por diferentes métodos. Pela proximidade delas no período entre 400 e 1 000 anos atrás, a análise pode ser feita no conjunto.

Fonte: <www.brighton73.freeserve.co.uk/gw/paleo/ paleoclimate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

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a) Descreva o que ocorreu com a temperatura global aproximadamente entre os anos 1000 e 1600, mostrada no gráfico 4. b) A variação foi da ordem de quantos graus? c) Quando ocorreram as mais altas temperaturas dos últimos 2 mil anos?

CONCEITOGRAF

Gráfico 5

Gráfico mostrando a variação da temperatura nos últimos 150 anos. Neste gráfico, a linha horizontal representa a temperatura média do período entre 1960 e 1990; os pontos abaixo dessa linha correspondem a anos mais frios, enquanto os pontos acima dessa linha representam anos mais quentes. T emperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990

Fonte: <www.global-warming-and-the-climate.com/ images/150-yr-global-temperatures.gif>. Acesso em: ago. 2012.

a) Considerando apenas um período mais recente, já depois da Revolução Industrial, e tomando por base o gráfico 5, qual foi a diferença da temperatura global em graus Celsius entre os anos de 1860 e 2004? b) Em sua opinião, esse aumento foi grande? E a variação foi rápida ou lenta? Explique sua resposta.

500

5 4 3 2 1

CO2 atmosférico (ppm)

População mundial (bilhões)

360 400 340 CO2

320 População mundial

200

300 100 280

0

300

Consumo mundial de energia

1720 1760 1800 1840 1880 1920 1960 2000 Ano

Consumo mundial de energia (x1018 J)

CONCEITOGRAF

Gráfico 6

 ráfico com curvas dos teores G de gás carbônico ao longo dos últimos três séculos, do tamanho da população humana mundial e do consumo mundial de energia.

Analise o gráfico 6 e compare-o com os anteriores. a) Comparando a variação da temperatura e a variação da concentração de gás carbônico no ar (gráficos 2 a 4, 5 e 6), é possível afirmar que, de modo geral, as variações de temperatura seguem as variações no teor de gás carbônico? b) A julgar pelo teor de gás carbônico na atmosfera atual, é correto estimar que brevemente registraremos as mais altas temperaturas dos últimos 450 mil anos? Podemos dizer o mesmo considerando os últimos 600 milhões de anos? c) Analisando as informações dos gráficos 5 e 6, como se explicaria a variação da temperatura a partir da década de 1930? Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Atividade 2: Correntes oceânicas e padrões térmicos globais Habilidades do Enem: H1, H3, H9, H12, H17, H20. Nesta atividade, vamos explorar padrões térmicos globais e sua relação com uma propriedade importante da água, que é sua capacidade térmica. essa propriedade física é o que torna as massas de água boas transportadoras de calor. Note que estamos tratando de propriedades do meio que explicam aspectos do ambiente, o qual, como sabemos, estabelece a natureza dos processos ecológicos. Física, Química, Biologia, Geografia e outras disciplinas são indissociáveis quando se quer explicar certos padrões naturais. Avalie a possibilidade de trabalhar com seu colega de Física para montar uma demonstração experimental que evidencie o transporte de calor por fluxo de massa utilizando a água.

observe os mapas a seguir, referentes às temperaturas da superfície da água dos oceanos (A) e às temperaturas atmosféricas (B). Nas duas figuras, o vermelho e o amarelo representam temperaturas mais altas; o verde, intermediárias; o azul e o púrpura, as mais baixas. 70

ALeX SILVA

A

50 30 10 0º –10 –30 0

2 750 km

–50 –70 –180

–160

–140

–120

–100

–80

–60

–40

–20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Temperatura da superfície oceânica (ºC)

–1,5

2,5

6,8

11,0

15,1

19,3

23,4

27,6

31,7

Fonte: <www.osdpd.noa.gov/data/sst/contour/global100.cf.gif>. Acesso em: set. 2012.

ALeX SILVA

B

0

2 560 km

Temperatura atmosférica (ºC) –10

0

10

20

30

Fonte: <www.uwsp.edu/geo/faculty/ lemke/geog/01/lecture_outlines/04_ global_temp_patterns.html>. Acesso em: ago. 2012.

Imagens de satélite mostrando as temperaturas da superfície da água dos oceanos (A) e as temperaturas atmosféricas (B), ambas relativas ao mês de janeiro, em escala global. (Cores-fantasia.)

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Para responder às questões a seguir, compare as imagens anteriores com o mapa das principais correntes oceânicas de superfície que apresentamos neste capítulo. a) Que diferença há na temperatura da superfície do oceano quando se compara o lado leste com o lado oeste da América do Sul e da África na latitude do Trópico de Capricórnio? E entre a Inglaterra e a costa leste do Canadá? Como se explicam as diferenças encontradas? b) Há alguma correspondência entre o padrão de temperaturas da água oceânica superficial e da atmosfera sobre os oceanos? Como isso pode ser explicado? c) Como você explicaria o fato de que, ao longo do Círculo Polar Ártico, o norte da Europa é mais quente que o norte do Canadá?

Atividade 3: El Niño e o clima global

Habilidades do Enem: H1, H2, H9, H10, H17, H20, H21.

Analise os mapas, referentes ao padrão térmico das águas superficiais no mês de setembro em 1997 (mapa A) e 1999 (mapa B). Na escala de cores, os números mostram a diferença entre a temperatura em cada local dos oceanos e a temperatura média histórica correspondente (anomalia de temperatura). a) Considerando apenas o Oceano Pacífico ao longo da linha do equador, descreva as diferenças nos mapas A e B quanto às temperaturas nas regiões assinaladas com X e Y. 50ºN

ALEX SILVA

A

40ºN 30ºN 20ºN 10ºN

X

Y

10ºS 20ºS 30ºS 40ºS

0

2 400 km

0

2 400 km

50ºS

B

50ºN 40ºN 30ºN 20ºN 10ºN

X

Y

10ºS 20ºS 30ºS 40ºS 50ºS Escala de cores

–3,5 –3 –2 –1,5 –1 –0,5 0,5 1 1,5 2 3 3,5 4 4,5

 Planisférios da Terra mostrando anomalias de temperatura (ºC) da superfície do mar em 1997 (A) e 1999 (B). As linhas horizontais são paralelos de 10º em 10º de latitude, ao norte e ao sul do equador. As linhas verticais são meridianos de 60º em 60º a leste e a oeste do meridiano de Greenwich, que passa na Inglaterra. (Cores-fantasia.)

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Agora, observe os esquemas abaixo, referentes à circulação vertical de ar ao longo do equador em duas situações diferentes (I e II). ALeX SILVA

Situação I

Situação II

Esquemas demonstrando a circulação atmosférica de grande escala em duas situações distintas (I e II). (Cores-fantasia.) Dados disponíveis em: <www.inga.ba.gov.br/cemba/modules/conteudo/index.php?content_id=75> e <www.inga.ba.gov.br/cemba/modules/conteudo/index.php?content_id=76>. Acessos em: jul. 2010.

b) Qual das duas situações (I ou II) se relaciona com o mapa A? e com o mapa B? Justifique sua resposta. c) Qual mapa (A ou B) e situação (I ou II) corresponde ao el Niño? e à La Niña? Justifique sua resposta. d) Por que o aumento no volume de chuvas acontece em locais diferentes dependendo de se tratar do el Niño ou da La Niña? Quais são esses locais, respectivamente? e) Quais as consequências do el Niño no clima de sua região? Pesquise sobre isso neste livro e em outras fontes confiáveis de consulta para responder.

1.

(UFPI) Na atmosfera terrestre, a uma altitude de mais ou menos 30 km, existe uma camada de gás ozônio (O3). esse gás se forma espontaneamente a partir da decomposição do oxigênio (o2) sob ação da radiação ultravioleta do Sol. esta camada de ozônio tem importante papel para os seres vivos porque: I. Absorve os raios ultravioleta danosos presentes na radiação solar, diminuindo sua incidência na superfície. II. Protege os animais contra o câncer e prejuízos à visão. III. Protege o planeta contra as chuvas ácidas. Indique a alternativa correta. a) Apenas I está correta. b) Apenas II está correta.

52

c) Apenas III está correta. d) Apenas I e II estão corretas. X e) Apenas II e III estão corretas.

2. (enem)

As cidades industrializadas produzem grandes proporções de gases como o co2, o principal gás causador do efeito estufa. Isso ocorre por causa da quantidade de combustíveis fósseis queimados, principalmente no transporte, mas também em caldeiras industriais. Além disso, nessas cidades concentram-se as maiores áreas com solos asfaltados e concretados, o que aumenta a retenção de calor, formando o que se conhece por “ilhas de calor”. Tal fenômeno ocorre porque esses materias absorvem o calor e o devolvem para o ar sob a forma de radiação térmica.

UNIDADE 1 • O mundo em que vivemos

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(02) no dia 21 de março nós temos o equinócio de primavera para o hemisfério sul e o equinócio de outono para o hemisfério norte. (04) nos dias 21 de junho e 21 de dezembro ocorrem os dias de solstício, ou seja, quando há máxima desigualdade na distribuição de luz e calor entre os hemisférios. X (08) os dias 21 de março e 23 de setembro, também conhecidos como equinócio, são os dias do ano em que os raios solares estão distribuindo de forma equitativa luz e calor para os dois hemisférios. X (16) no dia 21 de junho temos o solstício de verão no hemisfério norte e o solstício de inverno no hemisfério sul. X Resposta: 28 (04 + 08 + 16)

Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito estufa e das “ilhas de calor”, espera-se que o consumo de energia elétrica: a) diminua devido à utilização de caldeiras por indústrias metalúrgicas. b) aumente devido ao bloqueio da luz do Sol pelos gases do efeito estufa. c) diminua devido à não necessidade de aquecer a água utilizada em indústrias. d) aumente devido à necessidade de maior refrigeração de indústrias e residências. X e) diminua devido à grande quantidade de radiação térmica reutilizada.

(32) no solstício de inverno, no hemisfério sul, ocorre o dia mais longo e a noite mais curta do ano.

3. (UEM) Os fenômenos El Niño e La Niña promovem pertur-

bações climáticas em várias partes do mundo, afetando o ritmo das atividades sociais e econômicas nos locais mais intensamente atingidos pelos seus efeitos. Sobre esses fenômenos climáticos, é correto afirmar que: (01) o fenômeno La Niña é provocado pelo intenso resfriamento produzido pela corrente do Golfo no Atlântico Norte. (02) o El Niño é produzido pelo aquecimento excepcional das águas do oceano Pacífico provocado pela passagem da corrente quente de Humboldt. (04) o fenômeno La Niña provoca redução de chuvas no Sul do Brasil e aumenta a pluviosidade do Nordeste. X (08) o El Niño é um fenômeno climático periódico que ocorre em intervalos variados. X (16) o El Niño provoca chuvas intensas no Sul e Sudeste do Brasil, mas diminui a chuva no Leste da Amazônia e agrava a seca no Nordeste. X

5.

(Enem) O controle biológico, técnica empregada no combate a espécies que causam danos e prejuízos aos seres humanos, é utilizado no combate à lagarta que se alimenta de folhas de algodoeiro. Algumas espécies de borboleta depositam seus ovos nessa cultura. A microvespa Trichogramma sp. introduz seus ovos nos ovos de outros insetos, incluindo os das borboletas em questão. Os embriões da vespa se alimentam do conteúdo desses ovos e impedem que as larvas de borboleta se desenvolvam. Assim, é possível reduzir a densidade populacional das borboletas até níveis que não prejudiquem a cultura. A técnica de controle biológico realizado pela microvespa Trichogramma sp. consiste na a) introdução de um parasita no ambiente da espécie que se deseja combater. X

Resposta: 28 (04 + 08 + 16)

4. (UFMS) A Terra possui uma inclinação de 23º 27’ em seu

b) introdução de um gene letal nas borboletas, a fim de diminuir o número de indivíduos.

eixo, em relação ao plano da órbita. Tal inclinação, associada ao seu movimento de rotação e translação, propicia a incidência dos raios solares de maneira diferente sobre o globo terrestre. Sobre o movimento de translação identificado no esboço abaixo, é correto afirmar que

c) competição entre a borboleta e a microvespa para a obtenção de recursos.

conceitograf

d) modificação do ambiente para selecionar indivíduos melhor adaptados. e) aplicação de inseticidas a fim de diminuir o número de indivíduos que se deseja combater.

6.

(Enem) Sabe-se que uma área de quatro hectares de floresta, na região tropical, pode conter cerca de 375 espécies de plantas enquanto uma área florestal do mesmo tamanho, em região temperada, pode apresentar entre 10 e 15 espécies. O notável padrão de diversidade das florestas tropicais se deve a vários fatores, entre os quais é possível citar a) altitudes elevadas e solos profundos. b) a ainda pequena intervenção do ser humano.

(01) o movimento de translação é o movimento que a Terra realiza em torno de um eixo imaginário que a atravessa de polo a polo.

c) sua transformação em áreas de preservação. d) maior insolação e umidade e menor variação climática. X e) alternância de períodos de chuvas com secas prolongadas. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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COMPONENTE CURRICULAR

BIOLOGIA 1o ANO ENSINO MÉDIO

SÔNIA LOPES Licenciada em Ciências Biológicas e Doutora em Ciências pela Universidade de São Paulo Professora Doutora do Departamento de Zoologia do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo

SERGIO ROSSO Licenciado em Ciências Biológicas e Doutor em Ciências pela Universidade de São Paulo Professor Doutor do Departamento de Ecologia do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo 2ª- edição São Paulo – 2013

MANUAL DO PROFESSOR

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BIO, volume 1 © Sônia Lopes, Sergio Rosso, 2013 Direitos desta edição: Saraiva S.A. – Livreiros Editores, São Paulo, 2013 Todos os direitos reservados

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) Lopes, Sônia Bio : volume 1 / Sônia Lopes, Sergio Rosso. -2. ed. -- São Paulo : Saraiva, 2013. Suplementado pelo manual do professor ISBN 978-85-02-19181-5 (aluno) ISBN 978-85-02-19182-2 (professor) 1. Biologia (Ensino médio) I. Rosso, Sergio. II. Título. 13-03469

CDD – 574.07

Índices para catálogo sistemático: 1. Biologia : Ensino médio

Gerente editorial Editor Editores-assistentes Coordenador de revisão Revisores Assistente de produção editorial Coordenador de iconografia Pesquisa iconográfica Licenciamento de textos Gerente de artes Coordenador de artes Produtor de artes

574.07

M. Esther Nejm Maíra Rosa Carnevalle João Paulo Bortoluci e Paula Signorini Camila Christi Gazzani Jaime Rodrigues Leal, Rita de Cássia Sam, Tássia Carvalho Rachel Lopes Corradini Cristina Akisino Érica Brambila Marcia Alessandra Trindade, Roberto Silva Ricardo Borges Vagner Castro dos Santos Narjara Lara

Foto da capa

Coruja-buraqueira – Zig Koch/Natureza Brasileira

Diagramação

Rodrigo Bastos Marchini

Ilustrações

Assistentes de artes Assistentes de produção de artes Tratamento de imagens

Alberto de Stefano, Alex Argozino, Alex Silva, BIS, Conceitograf, Estúdio Ampla Arena, Jurandir Ribeiro, Leonardo Teixeira, Luis Moura, Mario Yoshida (mapas), Osni de Oliveira, Paulo César Pereira, Rodval Matias Rickardo, Sandro Castelli, SIC, Studio Caparroz, Walter Caldeira, Wilson Jorge Filho, Ligia Duque Daniela Máximo, Regiane Santana Jacqueline Ortolan, Paula Regina Costa de Oliveira Emerson de Lima

Impressão e acabamento Impresso no Brasil – 2013 1

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O material de publicidade e propaganda reproduzido nesta obra está sendo utilizado apenas para fins didáticos, não representando qualquer tipo de recomendação de produtos ou empresas por parte do(s) autor(es) e da editora. Nos livros desta coleção são sugeridos vários experimentos. Foram selecionados experimentos seguros, que não oferecem risco aos alunos. Ainda assim, recomendamos que professores, pais ou responsáveis acompanhem sua realização atentamente.

Rua Henrique Schaumann, 270 – Cerqueira César – São Paulo/SP – 05413-909 Fone: (11) 3613 3000 – Fax: (11) 3611 3308 Televendas: (11) 3616 3666 – Fax Vendas (11) 3611 3268 www.editorasaraiva.com.br

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Atendimento ao professor: (11) 3613 3030 – Grande São Paulo 0800 0117875 – Demais localidades atendprof.didatico@editorasaraiva.com.br

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Apresentação

Conversando com você, estudante É um prazer para nós saber que está usando este livro. Ele foi escrito com muita dedicação e cuidado, visando oferecer a você um bom material de estudo. Nossa proposta é aproximar o universo biológico das questões cotidianas, abrindo espaços para a reflexão e o desenvolvimento do espírito crítico e de valores voltados para a cidadania. Procuramos apresentar a Biologia de maneira integrada, relacionando várias subáreas entre si e também com outras áreas do saber. Para que possa aproveitar melhor esta coleção, recomendamos que, primeiro, conheça a estrutura do livro, descrita nas páginas seguintes. Mesmo sendo um livro bem completo, ele não substitui seus professores. São eles que estarão sempre ao seu lado, pessoalmente, contribuindo ainda mais para sua formação. Aproveite essa oportunidade e estude muito. Seu futuro agradecerá! Esperamos que você, ao estudar Biologia, aprenda a amar e a respeitar cada vez mais a vida.

Com carinho, Os autores

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Conheça seu livro

Aberturas de unidade Cada unidade aborda um grande tema da Biologia e inicia-se com página dupla, com destaque para uma fotografia e sua legenda. Uma frase instigante faz pensar sobre o que será estudado, e um texto explora alguns dos inúmeros pontos de relevância do estudo.

Nossa intenção é motivar você para o estudo dos capítulos que compõem a unidade.

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Abertura de capítulo

Conteúdo do capítulo

Colocando em foco

Despertando ideias

Cada capítulo inicia-se com uma página de abertura que tem dois objetivos principais: despertar seu interesse pelo assunto e abrir espaço para que você diga o que já conhece a respeito do que será discutido.

O capítulo foi escrito pensando em aproximar você dos conceitos básicos da Biologia, relacionando-os sempre que possível a outras áreas do saber.

Destaca aspectos da Biologia ligados ao cotidiano, saúde, cidadania, interdisciplinaridade, ética e sociedade, além de curiosidades científicas. Nosso objetivo é aproximar ainda mais o conteúdo de você.

Antes de um tema ser abordado no capítulo, esse quadro visa levantar questionamentos e abrir espaço para discussões sobre assuntos que serão tratados a seguir.

Analise com cuidado a fotografia em destaque, bem como o pequeno texto sobre ela, e responda as questões da seção Pense Nisso.

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A linguagem é clara e objetiva, enriquecida com imagens que complementam e ilustram as explicações.

Você vai encontrar propostas de experimentos e outras atividades práticas, além de questões desafiadoras.

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Recursos digitais Os símbolos a seguir estão distribuídos ao longo deste livro. Eles indicam os recursos que você poderá acessar na versão digital da obra.

Interativo

Mapa

Slideshow

Tema para discussão

Retomando

Nesta seção, há textos que ampliam a visão sobre o assunto do capítulo. As questões orientam a troca de ideias, o debate, a produção e a divulgação dos saberes, valorizando a cidadania.

Momento de retomar a conversa iniciada na abertura do capítulo. Verifique como os novos conhecimentos que você adquiriu relacionam-se com as respostas dadas no começo do estudo. Essa reflexão é fundamental para sua aprendizagem. Pare, reflita, pondere, reveja seus conhecimentos e estruture o que aprendeu.

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Vídeo

Ampliando e integrando conhecimentos Atividades diversificadas e pautadas no desenvolvimento de competências e habilidades, como as exigidas pelo Enem. Aqui há muitas propostas de trabalho em grupo.

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Testes Testes do Enem e de alguns vestibulares do país, selecionados para que você tenha uma amostra de como os conceitos discutidos no capítulo têm sido cobrados nos principais exames de ingresso no Ensino Superior.

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Indagação Científica Nessa seção, elaboramos duas atividades para que você entre em contato com os procedimentos científicos de forma mais intensa. Você vai atuar como um pesquisador, produzindo conhecimento. As respostas não são previamente conhecidas por ninguém. Você vai elaborar hipóteses, planejar procedimentos para testá-las, obter resultados e refletir sobre eles. Nessa reflexão, novas perguntas podem surgir, gerando uma nova indagação científica.

Livro não consumível

Gabarito Aqui trazemos as respostas dos testes para você conferir e estudar com mais autonomia.

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Sugestões de consulta Selecionamos algumas fontes de referência visando oferecer a você mais opções para se aprofundar nos estudos.

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Sumário Unidade 1

O mundo em que vivemos

Capítulo 1 • Introdução à Biologia

Capítulo 3 • Ecossistemas terrestres

e aquáticos

Pense nisso .................................................................................. 14 1.

Biologia: ciência da vida ................................................ 15

Colocando em foco: a ISO, o verde e você .......................... 16 2.

A Biologia como ciência ................................................. 16

Pense nisso ................................................................................. 54 1.

Despertando ideias: E agora? Será que quebrou? .......... 17 3.

Biologia e outros saberes .............................................. 19

4.

Os níveis hierárquicos de organização biológica ... 20

5.

Características dos seres vivos ..................................... 21

Despertando ideias: Vida em Marte? ................................. 21 6.

Evolução, o princípio unificador da Biologia .......... 23

Despertando ideias: Jogo presa-predador....................... 24 Colocando em foco: seleção natural e resistência de bactérias a antibióticos? .......... 27

2.

Tema para discussão: Afinal, o que é vida? ..................... 27 Retomando ................................................................................ 29 Ampliando e integrando conhecimentos ........................ 30 Testes ........................................................................................... 32

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia Pense nisso ................................................................................ 34 1. 2. 3.

Ecologia .............................................................................. 35 A hipótese Gaia ................................................................ 35

A atmosfera e o efeito estufa ...................................... 36

Despertando ideias: Efeito estufa e aquecimento ....... 37 4.

Os grandes padrões climáticos ................................... 39

Despertando ideias: Será que os raios solares atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade? .................... 40

3.

6.

O efeito dos oceanos no clima .................................... 44

Tema para discussão: Ecologia Urbana ............................ 46 Retomando ................................................................................ 47 Ampliando e integrando conhecimentos ........................ 47 Testes .......................................................................................... 52

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Ecossistemas aquáticos ................................................ 64 3.1. Os oceanos ............................................................ 65

Tema para discussão: O fogo: inimigo ou amigo? .........68

Retomando ................................................................................ 69 Ampliando e integrando conhecimentos .........................70

Testes ........................................................................................... 76

Capítulo 4 • Estrutura dos

ecossistemas, fluxo de energia e ciclo da matéria

O efeito da altitude no clima ...................................... 43

Colocando em foco: El Niño e La Niña e sua ação no clima .................................... 44

Biomas do Brasil .............................................................. 60 Amazônia ............................................................. 60 Mata atlântica ....................................................... 61 Caatinga ................................................................ 62 Cerrado ................................................................... 62 Campo sulino ....................................................... 63 Pantanal ................................................................. 63 Manguezal: um ecossistema especial .......... 64

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7.

Colocando em foco: as fontes termais submarinas ..... 66 3.2. Lagos e rios ............................................................ 67

Colocando em foco: o perigo da destruição da camada de ozônio ............................ 43 5.

Os grandes ecossistemas terrestres ............................55 1.1. Tundra .................................................................... 56 1.2. Floresta boreal ..................................................... 56 1.3. Floresta temperada sazonal ............................ 56 1.4. Floresta temperada pluvial ............................. 57 1.5. Floresta tropical pluvial .................................... 57 1.6. Savanas .................................................................. 58 1.7. Chaparral ............................................................... 58 1.8. Campos temperados .......................................... 59 1.9. Desertos ................................................................. 59

Pense nisso ................................................................................ 78 1. 2.

Hábitat e nicho ecológico ............................................. 79

Os componentes estruturais de um ecossistema ...................................................................... 79

Despertando ideias: Ciclo de matéria e fluxo de energia em um ecossistema ........ 80 3.

Cadeia e teia alimentar ................................................. 80

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4. 5.

6. 7.

Os níveis tróficos ............................................................. 83

Pirâmides ecológicas ..................................................... 84 5.1. Pirâmide de números ........................................ 84 5.2. Pirâmide de biomassa ....................................... 84 5.3. Pirâmide de energia ........................................... 85 Modelo do fluxo energético ........................................ 86

Os ciclos biogeoquímicos ............................................. 87 7.1. Ciclo da água ........................................................ 87

Despertando ideias: Medindo a umidade relativa do ar .................................................... 88 7.2. Ciclo do carbono ................................................. 90 7.3. Ciclo do oxigênio ................................................. 91

Tema para discussão: Um exemplo real de desequilíbrio ecológico ............. 117 Retomando ............................................................................... 117 Ampliando e integrando conhecimentos ....................... 118 Testes ......................................................................................... 121

Capítulo 6 • A quebra do

equilíbrio ambiental

Pense nisso ............................................................................... 124

Colocando em foco: proteção da camada de ozônio ... 91 7.4. Ciclo do nitrogênio ............................................. 92

1.

Introdução ........................................................................ 125

2.

Tema para discussão: A crise mundial da água .............94

Alterações bióticas nos ecossistemas .......................125 2.1. Introdução de espécies ..................................... 125 2.2. Extinção de espécies .......................................... 125

Colocando em foco: peixe-boi – mamífero aquático ameaçado de extinção ................... 126

Colocando em foco: adubação verde e adubação química ............................................... 93

Retomando .................................................................................95 Ampliando e integrando conhecimentos .........................95 Testes ...........................................................................................98

3.

Capítulo 5 • Comunidades e

populações

Pense nisso .............................................................................. 100 1. 2.

Características estruturais de uma comunidade ..................................................... 101 A dinâmica das comunidades: sucessão ecológica ........................................................................... 101

Colocando em foco: floresta amazônica – uma comunidade clímax ...................... 103 3.

4.

Interações entre populações de uma comunidade ................................................................... 105 3.1. Interações intraespecíficas ............................ 105 3.2. Interações interespecíficas ............................ 108 Ecologia das populações .............................................. 112 4.1. Principais características de uma população ............................................. 112

Colocando em foco: já passamos do limite? .................. 114 4.2. Fatores reguladores do tamanho da população ............................................................. 115

Unidade 2 de hoje

Pense nisso .............................................................................. 150 1.

lntrodução ....................................................................... 151

2.

A origem dos seres vivos ............................................. 151

Biogênese versus abiogênese ......................... 151

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Colocando em foco: controle de pragas por feromônios ........................................132 3.6. Poluição por derramamento de petróleo .... 132 3.7. Poluição por eutroficação ................................ 133 3.8. O lixo ....................................................................... 133 Colocando em foco: biorremediação ................................135 4.

Pegada ecológica ........................................................... 136

5.

Desenvolvimento sustentável ....................................137

Colocando em foco: reservas extrativistas, uma experiência exclusivamente brasileira em desenvolvimento sustentável ........................................ 139 Tema para discussão: Código Florestal ............................ 139 Retomando ................................................................................ 141 Ampliando e integrando conhecimentos ....................... 141 Testes ......................................................................................... 145

Origem da vida e Biologia celular

Capítulo 7 • Das origens aos dias

2.1.

Alterações abióticas ........................................................127 3.1. Poluição sonora .................................................... 127 3.2. Poluição térmica .................................................. 127 3.3. Poluição do ar ....................................................... 128 3.4. Poluição por elementos radiativos ............... 130 3.5. Poluição por substâncias não biodegradáveis ................................................... 130

Despertando ideias: “Bicho da goiaba, goiaba é!” ...... 151 Colocando em foco: qual a relação entre Pasteur e os alimentos pasteurizados? ..... 154 3.

Hipóteses sobre a origem da vida ............................ 155 3.1. Origem por criação divina (criacionismo) ..... 155 3.2. Origem extraterrestre (panspermia) .......... 155

Colocando em foco: será que estamos sozinhos no Universo? .................................... 156

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Origem por evolução química: a hipótese de Oparin e Haldane ........................................ 156 Outras hipóteses ................................................ 158

Colocando em foco: nutrição proteica e desnutrição ..................................... 197

A evolução do metabolismo energético ................ 159 4.1. Hipótese heterotrófica .................................... 159 4.2. Hipótese autotrófica ........................................ 160

Tema para discussão: Contando calorias ...................... 199

3.3. 3.4. 4.

5.

Os primeiros seres vivos .............................................. 161

6.

O surgimento das células mais complexas: as eucarióticas ............................................................... 163

Despertando ideias: Por que tantas membranas internas? ......................................... 163

9.

Os ácidos nucleicos ...................................................... 198

Retomando .............................................................................. 201 Ampliando e integrando conhecimentos ...................... 201 Testes ....................................................................................... 204

Capítulo 9 • Citologia e

envoltórios celulares

7.

O surgimento dos seres multicelulares eucariontes ...................................................................... 165

8.

A dinâmica da Terra e da vida ao longo do tempo ............................................................................... 166

1.

Introdução ...................................................................... 207

Colocando em foco: uma injustiça histórica ................. 167

2.

Um pouco de história .................................................. 207

Colocando em foco: o que aconteceu na era do gelo? .................................................... 171

3.

Atuais microscópios de luz ....................................... 208

4.

Células observadas ao microscópio de luz .......... 209

9.

Extinção em massa ....................................................... 172

Pense nisso .............................................................................. 206

Tema para discussão: Por que os dinossauros foram extintos? ........................................ 173

Colocando em foco: preparação de células para observação ao microscópio de luz ................................................ 209

Retomando ............................................................................... 174

5.

Microscópios eletrônicos ............................................. 211

Ampliando e integrando conhecimentos ....................... 175

6.

Poder de aumento e de resolução ............................ 212

Testes ......................................................................................... 178

7.

Medidas usadas no estudo das células .................. 213

8.

A teoria celular ............................................................... 213

9.

Como vamos estudar as células ............................... 214

Capítulo 8 • A química da vida

10. Os envoltórios celulares .............................................. 214

Pense nisso .............................................................................. 179 1.

Introdução ...................................................................... 180

2.

A água .............................................................................. 180

Despertando ideias: Capilaridade .................................... 181 3.

Sais minerais .................................................................. 183

4.

Vitaminas ........................................................................ 184

5.

Carboidratos ................................................................... 5.1. Monossacarídeos .............................................. 5.2. Dissacarídeos ..................................................... 5.3. Polissacarídeos ..................................................

186 186 186 186

Despertando ideias: Detecção de amido nos alimentos ......................................... 187 5.4. Carboidratos na alimentação humana ....... 187 6.

Lipídios ............................................................................. 188 6.1. Carotenoides ...................................................... 188 6.2. Triglicerídeos ...................................................... 188

Colocando em foco: margarinas, gordura vegetal hidrogenada e gordura trans ...... 189 6.3. Fosfolipídios ........................................................ 189 6.4. Cerídeos ............................................................... 190 6.5. Esteroides ............................................................ 190 Colocando em foco: esteroides anabolizantes ............ 192 7.

8.

Proteínas ......................................................................... 7.1. Aminoácidos ....................................................... 7.2. Ligação peptídica .............................................. 7.3. Estrutura da proteína ......................................

192 192 193 194

Enzimas ............................................................................ 195 8.1. Fatores que influenciam a atividade enzimática .......................................................... 196

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10.1.

Membrana plasmática .................................... 214

Colocando em foco: membranas e bolhas de sabão .................................................. 215 10.2. Envoltórios externos à membrana plasmática .................................... 216 11.

Processos de troca entre a célula e o meio externo .............................................................. 218

12. Concentração de uma solução ................................. 218 13. Difusão ............................................................................ 219 14. Osmose ............................................................................ 220

Despertando ideias: Realizando experimento ............ 220 Despertando ideias: Interpretando experimentos .... 222 Colocando em foco: por que saladas não devem ser temperadas muito antes de serem consumidas? ................. 224 15. Difusão facilitada ......................................................... 224

Colocando em foco: exemplo da importância clínica do transporte através de membrana .................................. 225 16. Bomba de sódio e potássio –

um processo ativo ........................................................ 226

17.

Endocitose e exocitose ................................................ 227

Colocando em foco: combate a infecções e “limpeza” de nosso corpo ........... 229 Tema para discussão: Pelos caminhos das descobertas científicas ............ 229 Retomando .............................................................................. 232 Ampliando e integrando conhecimentos ...................... 232 Testes ........................................................................................ 234

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Capítulo 10 • O citoplasma Pense nisso .............................................................................. 236 1.

Comparando células procarióticas com eucarióticas .................................................................... 237

Despertando ideias: Construindo modelos de estrutura celular .......................... 240 2.

Citoesqueleto .................................................................. 241

3.

Centríolos, cílios e flagelos ........................................ 242

4.

Ribossomos ..................................................................... 243

5.

Peroxissomos ................................................................. 245

Colocando em foco: peroxissomos e doenças .............. 245 6.

Retículo endoplasmático ........................................... 245

Colocando em foco: o retículo endoplasmático e a tolerância ao álcool ............... 246 7.

Complexo golgiense ..................................................... 247

8.

Lisossomos ..................................................................... 248 8.1. Função heterofágica ....................................... 248 8.2. Função autofágica ........................................... 249

5.

Colocando em foco: ciclo de Krebs, a grande encruzilhada metabólica da célula ........................................... 277 5.3. Cadeia respiratória ........................................... 278 6.

Vacúolo de suco celular .............................................. 250

Despertando ideias: Separando e identificando pigmentos ....................................... 250 10. Vacúolo pulsátil ............................................................. 251 11.

Plastos .............................................................................. 252

12. Mitocôndrias .................................................................. 252

Tema para discussão: Citoesqueleto, cílios, flagelos e você ............................. 253 Retomando .............................................................................. 254 Ampliando e integrando conhecimentos ...................... 254 Testes ........................................................................................ 257

Capítulo 11 • Metabolismo

Retomando .............................................................................. 282 Ampliando e integrando conhecimentos ...................... 282 Testes ....................................................................................... 286

Capítulo 12 • Núcleo, divisões

celulares e reprodução

Pense nisso .............................................................................. 287 1.

Pense nisso .............................................................................. 258 Reações químicas, acoplamento de reações e ATP .................................................................................. 259

2.

Transportadores de hidrogênio: NAD +, NADP+ e FAD ....................................................... 261

3.

Fotossíntese .................................................................... 262

Despertando ideias: Luz e fotossíntese ......................... 262 3.1. Origem do oxigênio e fotossíntese bacteriana ........................................................... 263 3.2. Luz e pigmentos fotossintetizantes ........... 264

Despertando ideias: A influência da luz na percepção das cores ..................... 265 Despertando ideias: Quais comprimentos de onda são importantes para a fotossíntese? .................................. 265 3.3. As etapas da fotossíntese ............................... 267

Colocando em foco: como milho, abacaxi e outras plantas tropicais fixam carbono? ............................... 272 4.

Quimiossíntese .............................................................. 274

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Núcleo ............................................................................. 288

Despertando ideias: A importância do núcleo ........... 288 2.

Envelope nuclear .......................................................... 289

3.

Nucleoplasma e cromatina ...................................... 289

4.

Nucléolo .......................................................................... 290

5.

Divisão celular: noções gerais ................................... 291

6.

Ciclo celular ..................................................................... 292

7.

Interfase .......................................................................... 292

Colocando em foco: entendendo a base biológica do câncer ......................................... 294 7.1. O controle do ciclo celular .............................. 295 8.

energético

1.

Fermentação .................................................................. 279 6.1. Fermentação lática ........................................... 279 6.2. Fermentação alcoólica ................................... 280

Tema para discussão: Como adquirir um bom condicionamento físico ............ 281

Colocando em foco: lisossomos e doenças humanas .......................................... 249 9.

Respiração ....................................................................... 274 5.1. Glicólise ................................................................ 275 5.2. Formação de acetil-CoA e ciclo de Krebs .... 276

Mitose em células animais ........................................ 295 8.1. Prófase .................................................................. 295 8.2. Metáfase ............................................................. 296 8.3. Anáfase ............................................................... 296 8.4. Telófase e citocinese ........................................ 297

Colocando em foco: cariótipo e idiograma .................. 298 9.

Mitose em células vegetais ....................................... 299

10. Meiose ............................................................................. 299

10.1. Meiose I ............................................................... 300 10.2. Meiose II ............................................................... 302

11.

A divisão celular das bactérias ................................. 303

12. Reprodução ..................................................................... 303

12.1. Reprodução assexuada ................................... 303 12.2. Reprodução sexuada ...................................... 304

Tema para discussão: Consequências da não disjunção dos cromossomos na meiose humana ................... 304

Retomando ............................................................................. 306 Ampliando e integrando conhecimentos ..................... 306 Testes ......................................................................................... 310

Indagação científica ...................................................... 312 Sugestões de consulta ................................................. 318 Gabarito ............................................................................... 320

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O mundo em que vivemos

Unidade 1

O que guia a vida é… um pequeno fluxo, mantido pela luz do Sol.

LUIZ CLAUDIO MARIGO

Albert Szent-Györgyi (1893-1986), fisiologista húngaro ganhador do prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia de 1937, por seus estudos relacionados ao ácido ascórbico (vitamina C).

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UNIDADE 1 • O mundo em que vivemos

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Por que estudar o mundo em que vivemos? Uma resposta direta e óbvia da importância de estudarmos o mundo em que vivemos é o fato de morarmos nele. Para que a vida continue a existir neste mundo, precisamos entender como ele funciona, quais são os elementos que o compõem e como esses elementos interagem. Precisamos saber quais são e como são os seres vivos que compartilham o planeta com nossa espécie, quais as interações entre os diferentes seres vivos e entre eles e os fatores físicos e químicos do ambiente, de modo que possamos ter uma visão mais abrangente e responsável sobre nossos atos. E não é só isso! Nosso planeta não está só no Universo. A vida na Terra só existe devido a uma infinidade de fenômenos cósmicos muito especiais envolvendo energia e matéria. Conhecer um pouco sobre o Universo é importante para entender a vida e o planeta em que vivemos e, consequentemente, fazer escolhas mais conscientes sobre estilo de vida, o que inclui a conduta em relação ao uso sustentável do planeta. Convidamos você a desvendar a intrincada rede de interações que existe entre os diferentes componentes do mundo do qual você faz parte.

Entender a vida e seus mistérios nos desperta para olharmos o mundo com mais responsabilidade.

Capítulo 1 • Introdução à Biologia

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Introdução à Biologia LUCIANO CANDISANI

Cap tulo 1

Figura 1.1. Descobrir a natureza, desvendar seus mistérios, mergulhar em sua fisionomia. Escolhemos uma fotografia da nascente do Rio Sucuri, no Mato Grosso do Sul, para fazer um convite mais do que especial: ingressar no universo da Biologia. As águas cristalinas, com peixes e plantas aquáticas, assim como as árvores do entorno, formam uma paisagem que instiga o desejo por saber mais. Desfrute dessa imagem e embarque nessa viagem de grandes aprendizados.

• O que você espera aprender estudando Biologia?

• Como essa ciência pode contribuir para sua formação como cidadão?

• Se você fosse estudar a nascente do Rio Sucuri, por onde começaria? Como organizaria seu estudo? Quais fatores levaria em consideração? O que procuraria investigar? 14

UNIDADE 1 • O mundo em que vivemos

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1. Biologia: ciência da vida vos, produção de organismos transgênicos, clonagem, células-tronco e problemas com o lixo e com o esgoto, seus valores éticos serão importantes para a sua análise crítica nas discussões. Falamos em cidadania quando nos referimos a um conjunto de normas que garantem a todos nós a possibilidade de participar ativamente da vida e do governo de nosso povo. Exercer cidadania é justamente ser ativo nessa tarefa. Para que sejamos cidadãos responsáveis, devemos ser capazes de fazer escolhas, conscientes dos nossos direitos e deveres como indivíduos e dos direitos e deveres das outras pessoas, buscando o nosso bem-estar e o da coletividade. Exercemos cidadania quando analisamos questões que permeiam os âmbitos social, político e econômico como a implantação de indústrias em determinadas regiões, o controle de poluentes, a construção de estradas, edifícios, usinas hidrelétricas e muitos outros casos. Nesses exemplos, é importante, como cidadão, ter noções mínimas de características do meio ambiente para poder avaliar ou reconhecer diversas opiniões sobre o assunto. Devemos estar atentos se medidas de respeito à natureza estão sendo empregadas e se as intervenções humanas no ambiente trarão ou não prejuízos. É importante procurar saber se uma determinada obra terá um desenvolvimento eficiente em termos ecológicos, ou seja, se as interações entre as intervenções humanas e o ambiente não trarão prejuízos para o ambiente e os seres vivos. Ao longo dos livros desta coleção, você encontrará situações nas quais poderá atuar como multiplicador de princípios e atitudes éticas junto à sua comunidade. Essa é uma forma de mobilização popular e você estará exercendo cidadania.

FIRSTLIGHT / OTHER IMAGES

A palavra biologia significa "estudo da vida" (do grego bíos = vida; logia = estudo) e é empregada para denominar uma ciência que se preocupa em compreender os mecanismos que regem a vida. Na Biologia estuda-se, por exemplo, a origem e a evolução dos seres vivos, as relações dos seres vivos entre si e com o meio ambiente, o modo como os organismos se mantêm vivos e se reproduzem e noções de higiene e saúde. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), o estado de saúde de uma pessoa envolve o completo bem-estar físico, mental e social, e não apenas a ausência de doenças. Noções de higiene e saúde são importantes, pois estamos a todo o momento tomando decisões sobre o que e quando comer ou beber, por que e quais exercícios físicos fazer, enfim, sobre muitos aspectos que compõem o nosso estilo de viver (fig. 1.2). Estudar Biologia também nos ajuda a entender os mecanismos básicos relacionados à alimentação, ao sexo, às doenças sexualmente transmissíveis como a Aids e discute os malefícios do fumo, das bebidas alcoólicas e de outras drogas. Deste modo, procuraremos levar a você conhecimentos importantes para que suas escolhas quanto à manutenção da saúde sejam conscientes e para que você tome decisões mais responsáveis sobre a sua própria vida. O estudo da Biologia, assim como de outras disciplinas, deve proporcionar a você a possibilidade de entrar em contato com diversas questões ligadas à ética e à cidadania. Falamos em ética quando nos referimos a valores e princípios que norteiam a conduta humana, buscando o bem social. Por exemplo, ao tratarmos de temas como manipulação do material genético dos seres vi-

Figura 1.2. Um dos caminhos para o bem-estar é a interação física e mental saudável com a natureza que nos cerca e da qual fazemos parte.

Capítulo 1 • Introdução à Biologia

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Colocando em foco: a ISO, o verde e você

O conjunto de sistemas de gestão de qualidade compõe a chamada ISO 9 000. Ela garante ao consumidor que padrões internacionais foram tomados para assegurar a sua qualidade final. Para a empresa, a ISO 9 000 proporciona maior aceitação de seus produtos e serviços pelos consumidores e pelos mercados internacionais, já que alguns exigem essa certificação para a entrada deles em seus países.

IM

AG E

S /W

MO

A International Standardization Organization (ISO), que em português significa “Organização Internacional de Normatização”, é uma entidade mundial fundada em 1947 para desenvolver normas internacionais que garantam a qualidade dos produtos da indústria e do comércio. S T H INK

TOC

K /G

ET

TY

Figura 1.3. A ISO verde é uma norma internacional que estabelece diretrizes para a gestão ambiental nas empresas.

Atualmente, a ISO também certifica empresas com base na ISO 14 000, a chamada ISO verde (fig. 1.3). O objetivo dessas novas normas é estabelecer diretrizes para a gestão ambiental nas empresas, no que diz respeito aos impactos imediatos e de longo prazo, tanto de produtos como de projetos e processos industriais. Ao considerar esses impactos, devemos sempre procurar conhecer sua origem, de maneira que o planejamento permita que eles sejam evitados ou reduzidos. Para tanto, o conhecimento que a Biologia gera é fundamental. No mundo corporativo atual, nem sempre a “consciência ecológica” é suficiente para que uma empresa resolva adotar a ISO verde. No entanto, há diversos outros motivos para que isso seja feito, dentre os quais podemos citar: • aumento na fiscalização governamental, que está mais atenta aos desvios operacionais. Isso tem levado as empresas a adotar sistemas de gestão que diminuam as ocorrências de acidentes ambientais ou desastres ecológicos; • acidentes ambientais são passíveis de processos e multas; • desejo de lucrar com o mercado de “produtos verdes”, isto é, ecologicamente corretos; • otimização de processos com foco em maiores lucros — redução da geração de resíduos empregando processos mais “enxutos” que diminuam o desperdício de matéria-prima e de energia; • altos custos das apólices de seguro por acidentes ecológicos. E você? Considerando seus valores éticos, quais seriam seus motivos, como cidadão, para comprar um produto com certificação ISO verde? Texto escrito especialmente para este livro por Carlos Eduardo Rogério, administrador de empresas.

2. A Biologia como ciência A palavra “ciência” vem do latim scientia, que significa conhecimento. O termo “ciência” pode ser interpretado de diferentes maneiras, que são amplamente discutidas na área da Filosofia. Adotaremos como concepção de Ciência um modo organizado de buscar e analisar evidências sobre a história e o funcionamento do mundo natural. Assim, um dos objetivos da Ciência é fornecer explicações para eventos do mundo natural. Outro objetivo é usar essas explicações para entender padrões na natureza e fazer previsões do que pode acontecer em dados eventos naturais. A Ciência gera conhecimento e é dinâmica, ou seja, está em constante desenvolvimento. Embora a quantidade de conhecimentos científicos esteja crescendo rapidamente e hoje saibamos bastante sobre o mundo natural, há ainda muitos

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conhecimentos a serem produzidos e descobertos. Muitas perguntas sobre a vida, sobre o mundo e sobre fenômenos que observamos ainda nem foram feitas, e há perguntas que, apesar de já terem sido feitas, continuam sem respostas, mesmo que muitas pessoas tenham colaborado e estejam colaborando para solucioná-las. Pode parecer estranho, mas quase todas as descobertas científicas trazem mais perguntas do que respostas. Em certos casos, descobertas nos levam a interpretações completamente diferentes das que tínhamos até então, mudando nossa visão de mundo. Isso é uma consequência do dinamismo da Ciência. A construção do conhecimento científico é feita com base em princípios que compõem a metodologia científica.

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E agora? Será que quebrou? Antes de falarmos mais sobre metodologia científica, vamos pensar em uma situação do cotidiano. Por exemplo: você está ouvindo música e, de repente, o rádio para de funcionar. O que você faz? Antes de continuar a sua leitura, pare um pouco, pense e responda o que você faria. Você poderia usar os conhecimentos que tem sobre o funcionamento de um rádio e propor uma ideia que possa ser testada, tentando explicar por que ele parou de funcionar. Você poderia pensar: as pilhas estão fracas. Para testar essa ideia, você troca as pilhas por novas e tenta ligar o equipamento novamente. Se o aparelho voltar a funcionar, dizemos que essa ideia foi corroborada, ou seja, o rádio ter voltado a funcionar confirma a ideia de que as pilhas estavam fracas. Se continuar não acontecendo nada, a ideia deve ser substituída por outra que possa ser testada, e assim por diante, até que se descubra o que aconteceu. Proponha outra situação do seu cotidiano que se assemelhe ao problema do rádio que parou de funcionar. Procure estabelecer procedimentos para solucioná-lo.

Professor(a), é importante desenvolver com os estudantes a atividade 1: "Desvendando a caixa-preta", descrita no Manual do Professor na seção 10.2. Com ela pode-se trabalhar elaboração de hipóteses, interpretação de resultados e elaboração de modelos.

A metodologia científica assemelha-se ao processo de descobrir porque o rádio parou de funcionar: a partir de uma pergunta buscamos respostas com base no que já sabemos sobre aquele assunto e formulamos uma explicação que possa ser testada, a hipótese. As hipóteses, para serem consideradas científicas, precisam ser testáveis, ou seja, passíveis de testes. As hipóteses não podem ser provadas, apenas validadas, pois, mesmo depois de mil resultados de acordo com uma hipótese, basta um resultado contrário para derrubá-la. Vamos ver um exemplo. Considere a pergunta: qual a cor das penas dos cisnes? Com base em observações prévias em vários lagos, minha hipótese é de que todos os cisnes são brancos. Agora preciso testar essa hipótese fazendo uma dedução. SE todos os cisnes são brancos, ENTÃO o próximo cisne que eu encontrar será branco. Posso encontrar centenas de cisnes brancos que comprovam essa hipótese, mas basta encontrar apenas um cisne negro que a hipótese é refutada. Por mais estranho que pareça, uma hipótese, para ser científica, precisa ser falseável. Essa maneira de estruturar a investigação é chamada de hipotético-dedutiva; a partir do geral procura-se explicar o particular. A dedução é uma previsão sobre quais resultados deveríamos esperar se uma hipótese for correta. O teste da hipótese pode ser feito de diferentes maneiras, com experimentos, com a observação da natureza e com a interpretação do que foi observado. Muitas vezes as respostas às perguntas são buscadas por meio da chamada narrativa histórica, em que evidências concretas de fatos passados são interpretadas, e essas interpretações, por mais lógicas que sejam, nem sempre podem ser experimentalmente testadas. Por outro lado, quando o teste é feito por meio de experimentos, deve-se trabalhar com dois grupos:

• um experimental: aquele em que se promove alteração em um fator a ser testado, deixando todos os demais fatores sem alteração; • um controle: que é submetido aos fatores sem nenhuma alteração. Assim, pode-se testar um fator por vez comparando os resultados obtidos no grupo experimental com o que foi obtido no grupo controle. Ocorrendo diferenças entre os resultados do grupo experimental e do controle, elas são atribuídas ao fator que está sendo testado. Não ocorrendo diferenças, pode-se dizer que o fator analisado não interfere no processo em estudo. As conclusões que forem tiradas podem ser o ponto de partida para novas hipóteses e assim por diante. Os cientistas compartilham informações por meio de publicações (como as chamadas revistas científicas), encontros, congressos e comunicações pessoais. Com isso, hipóteses são constantemente debatidas. A figura 1.4 da página seguinte resume o que foi explicado. Note no diagrama que a maioria das etapas está ligada com setas que possuem dois sentidos, ou seja, a interligação entre as etapas muitas vezes é cíclica. Além da divulgação do trabalho entre os pesquisadores, é importante que toda a sociedade possa ter acesso a informações, resultados e conclusões das pesquisas feitas. A transposição desse conhecimento científico para a sociedade pode ser feita, por exemplo, pelos livros didáticos, como este que você está lendo, por revistas e jornais de grande circulação, por sites de instituições de pesquisa e de meios de comunicação confiáveis, por programas televisivos e outros. Em cada caso, há uma linguagem específica para a transmissão dessas informações. As características dos diferentes estilos de

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linguagem são alvo de estudo de uma grande área do conhecimento e que você entrará em contato de forma mais aprofundada na disciplina de Língua Portuguesa. Textos científicos, didáticos e de divulgação possuem características próprias, pois têm como objetivos atingir o público a que se destinam e ter repercussão.

Faça uma pergunta Faça uma observação

Formule uma hipótese

Analise os resultados

Escreva suas conclusões

Teste a hipótese

Não

Elas dão suporte a sua hipótese?

BIS

Sim

Comunique os resultados

Figura 1.4. Diagrama das etapas da metodologia científica.

A pesquisa científica pode levar à formulação de uma nova teoria. As teorias são formuladas quando há evidências consistentes em vários trabalhos científicos, que dão suporte às hipóteses a que estão relacionadas. Na linguagem popular, a palavra teoria é tratada como sinônimo de hipótese, possibilidade ou mesmo suposição. Em Ciência, no entanto, a palavra teoria tem outro significado. De acordo com o físico Stephen Hawking, uma teoria deve satisfazer a dois requisitos: precisa descrever com precisão um número razoável de observações, com base em um modelo que contenha poucos elementos arbitrários; e deve prever, com boa margem de precisão, resultados de observações futuras. Uma teoria não é uma verdade absoluta. Muitas teorias já foram refutadas ao longo da história da Ciência. Você terá exemplos disso ao longo de seu curso no Ensino Médio, ao estudar as diferentes ciências, como Biologia, Química e Física. O biólogo norte-americano Stephen J. Gould (1941-2002) escreveu: “Os fatos são os dados do mundo. As teorias são estruturas que explicam e interpretam os fatos. Os fatos continuam a existir enquanto os cientistas debatem teorias rivais para explicá-los”.

18

As teorias científicas descrevem hipóteses bem testadas para uma ampla gama de fenômenos e são diferentes das leis científicas. As leis são descrições específicas e concisas sobre como se espera que se comporte determinado aspecto do mundo natural, em uma dada condição. Um exemplo é a Lei da Inércia. Segundo essa lei, um corpo tem a tendência de manter o seu estado de repouso ou de movimento, desde que nenhuma força atue sobre ele. A Lei da Inércia explica, por exemplo, a importância do uso de cinto de segurança nos veículos. Em uma batida de frente, o carro para repentinamente, mas, por causa da inércia, os ocupantes do carro continuam em movimento. O cinto de segurança é um dispositivo presente nos carros que impede que esse movimento traga consequências drásticas para os ocupantes do veículo. Ao longo desta coleção, descreveremos experimentos ou observações para que você junto com seus colegas de classe e sob orientação de seu(sua) professor(a) façam interpretações e cheguem a conclusões. Haverá também oportunidades em que você partirá de uma pergunta ou ponto a ser demonstrado e você mesmo conduzirá o experimento, registrando seus próprios dados.

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só se explicam pela integração de conhecimentos mais específicos de diferentes áreas. Vamos imaginar que cada tinta colorida corresponda aos saberes associados a uma disciplina ou área do conhecimento. Para explicarmos os fenômenos naturais, precisamos da interação desses vários saberes, o que é representado pela fotografia seguinte, na qual as tintas estão misturadas, mas ainda é possível reconhecer as cores que representam as especificidades de cada saber. Nessa segunda imagem ainda podemos reconhecer mais uma ideia, que nunca poderia ser descrita apenas com a informação contida na imagem superior: é o padrão com que as cores se distribuem na pintura. Esse é o produto do artista! THINKSTOCK/GETTY IMAGES

A Biologia faz parte de uma área maior do conhecimento chamada Ciências da Natureza, que inclui também Química e Física. Essas três ciências têm uma relação muito próxima com a Matemática. Nesta coleção, buscamos evidenciar isso, mostrando a você que muitos conceitos de Biologia são interligados à Química e à Física e que a Matemática é fundamental na interpretação e no tratamento de diversas informações. Vamos a dois exemplos: ao falarmos em equilíbrio térmico nos seres vivos, você perceberá que estamos tratando de princípios e conceitos estudados também nas disciplinas de Física e Química; ao analisarmos as moléculas que formam o corpo dos seres vivos, estamos utilizando os mesmos conceitos sobre molécula que você estudará em Química. Há ainda muitos outros exemplos dessa integração, e certamente você os perceberá ao estudar as disciplinas desta área de conhecimento. A essa integração somam-se também outras áreas do conhecimento, como as Ciências Humanas. Você verá, por exemplo, que a Geografia e a Biologia dialogam em vários momentos, como nos estudos sobre ecossistemas, crescimento da população humana, problemas ambientais, entre outros. Além disso, você perceberá que a construção do conhecimento científico permeia os diferentes momentos históricos da humanidade e os contextos econômico, social e cultural têm papel determinante para os rumos do desenvolvimento científico. Assim, História, Filosofia e Sociologia são fundamentais para a compreensão do desenvolvimento da Biologia e de como essa ciência se encontra atualmente. A comunicação entre pessoas, o modo como registramos nossos pensamentos e transmitimos nossas ideias dependem de outra grande área do saber, que é a de Linguagens e Códigos. Essa área inclui as disciplinas de Língua Portuguesa e Língua Estrangeira, Arte e Educação Física. Lançamos mão a todo o momento de conteúdos dessas áreas para nossa comunicação e interação, o que evidencia a importância do domínio desses saberes para o aprendizado e a prática da Biologia. No caso da Educação Física, a interação com a Biologia é enorme, pois envolve conhecimentos do funcionamento do nosso corpo. Quando os saberes de uma disciplina mantêm um diálogo permanente com os saberes de outra disciplina, falamos em interdisciplinaridade. A interdisciplinaridade é uma característica das explicações. Fenômenos naturais não são compartimentalizados em disciplinas. Sua descrição, ou explicação, envolve elementos de várias áreas do saber. A figura 1.5 representa bem o significado que queremos passar para você. Na natureza existem padrões que

Professor(a), veja comentário no Manual.

STUART WESTMORLAND/IMAGESOURCE/DIOMEDIA

3. Biologia e outros saberes

Figura 1.5. Os saberes são organizados de maneira que seja mais fácil estudar e compreender suas especificidades, mas para fazer explicações de fenômenos naturais é necessário integrar conhecimentos de vários saberes.

Nesta coleção, pretendemos trabalhar, sempre que for possível, com uma perspectiva interdisciplinar no texto e nas atividades, mas esperamos que você adquira a habilidade de reconhecer a interdisciplinaridade sozinho, compreendendo que o conhecimento não é algo isolado em disciplinas. Explicações interdisciplinares são mais consistentes e completas quando estamos tratando de fenômenos naturais, que geralmente envolvem aspectos físicos, químicos e biológicos. Você vai perceber isso!

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4. Os níveis hierárquicos de organização biológica A enorme diversidade de temas que são estudados pela Biologia pode ser organizada em níveis hierárquicos como os mostrados na figura 1.6. Cada nível tem seus próprios métodos e explicações, que trazem informações integradas na solução das questões biológicas.

Níveis de organização Comunidade: conjunto de populações de espécies distintas que vivem em um mesmo local.

Ecossistema: comunidade + fatores abióticos (luz + água + solo e outros).

Biosfera: conjunto dos ecossistemas da Terra.

Sistema: conjunto de órgãos que interagem para a execução de certas funções.

Organismo: conjunto de sistemas

JURANDIR RIBEIRO

Músculo

Órgão: conjunto de tecidos que interagem para a execução de certas funções.

População de sapos

Sapo

Sistema muscular

População: conjunto de indivíduos da mesma espécie que vivem em um mesmo local.

Tecido muscular

Água Célula muscular

Tecido: conjunto de células e substância intercelular que interagem para a execução de certas funções.

Célula: unidade morfológica e funcional dos seres vivos.

Moléculas

Figura 1.6. A Biologia é uma Ciência que pode ser apresentada em níveis de organização. Cada nível tem suas próprias explicações e teorias, o que torna essa Ciência especialmente complexa. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Neste livro, começaremos o nosso estudo pelo planeta Terra como ele é hoje, abrangendo a biosfera e passando pelos ecossistemas, comunidades e populações, que são níveis hierárquicos de organização estudados por uma das grandes subdivisões da Biologia: a ecologia. Uma vez compreendida a estrutura e algumas bases sobre o funcionamento do nosso planeta na atualidade, passaremos a fazer uma retrospectiva de como poderia ter sido o planeta Terra desde sua ori-

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gem. Será que a Terra sempre foi como a conhecemos hoje? Discutiremos hipóteses sobre a origem e a evolução da unidade morfológica e funcional dos seres vivos, que é a célula. A subdivisão da Biologia que se ocupa do estudo da célula é a citologia, ou biologia celular. Para compreendermos esse tema, precisaremos de noções de bioquímica, que serão dadas na quantidade e na profundidade suficientes e adequadas ao Ensino Médio.

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5. Características dos seres vivos Antes de falarmos sobre as características do seres vivos, realize a atividade descrita no boxe a seguir.

Vida em Marte? Leia os seguintes trechos retirados de reportagens. “Provavelmente existiu vida em Marte”, afirma a engenheira brasileira que trabalha na Nasa (…) [o objetivo da missão Curiosity em Marte é] a procura da vida. É um quebra-cabeças que estamos montando pouco a pouco. Nossa missão é saber: existe ou já existiu vida em Marte? Se existiu, o que aconteceu para não existir mais? Essa é a grande pergunta que os cientistas querem responder. Marte é tão parecido com a Terra. Queremos saber se o que aconteceu lá pode acontecer com a Terra. (…) Disponível em: <http://zerohora.clicrbs.com.br/rs/mundo/noticia/2012/08/provavelmente-existiu-vida-em-marteafirma-engenheira-da-nasa-3845050.html>. Acesso em: fev. 2013.

Alô, alô, marciano (…) o fato de Marte ter estado, há bilhões de anos, na chamada zona habitável do nosso Sistema Solar — faixa do espaço com maiores condições de abrigar vida — reforça a possibilidade de se encontrar vestígios de vida no planeta. “Devido à maior atividade solar no passado, essa zona habitável ficava mais afastada do Sol e incluía a órbita de Marte”, explica a geneticista e especialista em astrobiologia Claudia Lage, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/noticias/2012/08/alo-alo-marciano>. Acesso em: fev. 2013.

Regiões hostis da Terra podem ajudar a achar vida em Marte Equipes de pesquisadores têm trabalhado a todo vapor no ambiente gélido de uma ilha no oceano Ártico e na região mais seca do planeta — o deserto do Atacama, no Chile —, com o objetivo de mapear essas áreas e desenvolver novas técnicas e instrumentos que auxiliem na busca por vida em Marte. Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/noticias/astronomia-e-exploracao-espacial/regioes-hostis-da-terrapodem-ajudar-a-achar-vida>. Acesso em: fev. 2013.

Questões

1.

Como você leu nos textos acima, cientistas buscam saber se há ou se houve vida em Marte e procuram identificar evidências de vida ou de algumas das características — parecidas com as da Terra — indispensáveis para a vida. Em sua opinião, que características são essas?

2. Analise as imagens a seguir (fig. 1.7), obtidas de sondas enviadas a Marte, e explique se alguma delas apresenta B

HO/JET PROPULSION LAB/AP PHOTO/GLOW IMAGES

A

LATINSTOCK/VIKING 1/CORBIS/LATINSTOCK

evidências das características que você citou na questão anterior.

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D

REX FEATURES/GLOW IMAGES

AFP PHOTO/NASA

C

Figura 1.7. A, B, C, e D: Conjunto de fotografias da superfície de Marte.

3. Forme um grupo com mais três ou quatro colegas de classe e, juntos, discutam as respostas que cada um deu às questões

1 e 2. Vocês deverão fazer um registro que reúna as respostas de consenso do seu grupo. Seu grupo deve discutir os registros que fizeram com os demais grupos da classe e, em seguida, toda a sala deve se organizar para elaborar o registro da turma. Esse registro, único da sua turma, pode ser publicado no blog da classe, seguindo as orientações do seu(sua) professor(a). A quais soluções vocês chegaram sobre os problemas propostos?

Professor(a), veja orientações no Manual.

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• Os elementos químicos mais abundantes no corpo dos seres vivos são carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S). O carbono é o elemento fundamental para a formação de substâncias orgânicas, caso dos carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA). Além de substâncias orgânicas, no corpo dos seres vivos há também substâncias inorgânicas, caso da água e dos sais minerais.

Como já comentamos, a Biologia é o estudo da vida. Mas o que é vida? Para responder a essa pergunta, muitas considerações teóricas e filosóficas foram e ainda são feitas. Essas considerações têm se tornado cada vez mais relevantes nas pesquisas sobre origem e evolução da vida e também nas investigações sobre a existência de vida fora da Terra. A resposta a essa pergunta, se é que algum dia teremos uma resposta, não está restrita aos conhecimentos biológicos. Físicos, químicos, bioquímicos, astrônomos, geólogos, entre outros profissionais, também estudam a origem da vida. Essa integração se torna evidente em uma área interdisciplinar de estudo surgida na década de 1960, chamada astrobiologia, ou exobiologia ou ainda xenobiologia. A astrobiologia preocupa-se em descobrir como a existência de vida se tornou possível na Terra e se já houve, ou há, vida em outros corpos do Sistema Solar e até mesmo fora dele. Mesmo que não consigamos definir exatamente o que é vida, os seres vivos compartilham algumas características, citadas a seguir:

• Os seres vivos mantêm o meio interno constante mesmo quando as condições externas mudam. Essa propriedade é chamada homeostase.

• Os seres vivos são formados por células, estruturas delimitadas por membrana e que contêm em seu interior citoplasma e material genético. Há organismos formados por uma só célula (unicelulares) e organismos formados por várias células (multicelulares).

• Os seres vivos precisam de água para sobreviver. Embora existam formas de resistência que permanecem dormentes na ausência de água, assim que a água fica novamente disponível, a dormência é quebrada e o organismo passa a viver normalmente.

• Os seres vivos podem se reproduzir, isto é, podem dar origem a descendentes. São duas as formas de reprodução: a assexuada, na qual um único indivíduo produz descendentes iguais a ele, e a sexuada, em que há formação e união de gametas. Na reprodução sexuada, a união dos gametas forma uma célula, a qual dará origem ao indivíduo que não será idêntico aos pais, mas que guarda semelhaças com eles.

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• Os seres vivos obtêm e usam matéria e energia para seu crescimento, desenvolvimento e reprodução. A combinação de reações químicas pelas quais um organismo constrói (anabolismo) ou quebra (catabolismo) matéria chama-se metabolismo. Os seres vivos crescem graças aos processos metabólicos. • Os seres vivos apresentam material genético. As moléculas de DNA apresentam complexas infor-

mações que controlam e comandam as diferentes funções dos seres vivos, como crescimento e reprodução. • Os seres vivos detectam e respondem a estímulos do meio. Têm, assim, capacidade de reação. • Populações de seres vivos evoluem, ou seja, ao longo das gerações, populações apresentam mudanças e podem dar origem a novas espécies.

6. Evolução, o princípio unificador da Biologia O entendimento de que as populações de seres vivos evoluem passou por uma longa discussão envolvendo pesquisadores e sociedade. A história da Ciência tem muito a nos contar sobre isso. As ideias evolutivas ainda provocam algumas polêmicas e discordâncias, mas, para a grande maioria da comunidade científica, a evolução é o eixo central da Biologia. Antes da compreensão de que as espécies mudam ao longo do tempo, e que essas mudanças influenciam as capacidades de sobreviver e de se reproduzir, podendo levar ao surgimento de novas espécies, acreditava-se no fixismo. Essa corrente de pensamento afirmava que o número de espécies existentes era o mesmo desde a criação do mundo e que os organismos sempre existiram com as características que possuem. Essa ideia foi e ainda é contestada por vários cientistas, com base em grande quantidade de dados

Figura 1.8. Charles Darwin (1809-1882).

coletados na natureza e em estudos experimentais. Vamos comentar as ideias de dois importantes naturalistas ingleses que, em suas observações feitas em viagens pelo mundo, chegaram de forma independente à conclusão de que as espécies mudam ao longo do tempo, ou seja, evoluem, e que a evolução ocorre por seleção natural. Esses naturalistas são Charles Robert Darwin (fig. 1.8) e Alfred Russel Wallace (fig. 1.9). Embora tenham chegado independentemente às mesmas conclusões, suas ideias foram apresentadas para a comunidade científica em um mesmo evento, em 1858. No ano seguinte, Charles Darwin publicou a primeira edição do livro que começou a mudar a história da Biologia: A origem das espécies pela Seleção Natural. Antes de apresentarmos as ideias que explicam como ocorre e o que é a seleção natural, realize a atividade descrita no boxe a seguir.

Figura 1.9. Alfred Wallace (1823-1913). SC I

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Jogo presa-predador Objetivo Simular o que pode acontecer com as características dos indivíduos que compõem uma população de presas, em função da ação de predadores, em diferentes ambientes. Os ambientes serão representados pelos tabuleiros e a população de presas, por pedaços pequenos de cartolina. Os predadores serão representados por você e seus colegas de grupo. Materiais Para fazer os tabuleiros e a população de presas, vocês vão precisar de: • cartolina branca e cartolina de qualquer cor, por exemplo, vermelha; • tesoura de ponta romba; • régua; • lápis; • caderno para anotações. Montagem Tabuleiro: recortar um quadrado de 30 cm de lado da cartolina branca e outro da cartolina vermelha. Presas: recortar 50 quadradinhos brancos e 50 quadradinhos vermelhos com 1 cm de lado. Como jogar 1. Esse jogo deve ser realizado em grupo de, no máximo, cinco alunos. Para que toda a classe participe no mesmo ritmo, todos os grupos devem começar e terminar cada rodada sob a direção do(a) professor(a). 2. Sobre o tabuleiro branco, espalhe 12 quadradinhos vermelhos e 12 brancos. Cuidado para não deixar um encobrir o outro. 3. Serão feitas cinco rodadas de 10 segundos cada uma. Em cada rodada, uma pessoa do grupo assumirá o papel de predador. O objetivo do predador será retirar do tabuleiro, um a um, o maior número possível de quadradinhos (não importa a cor), em um intervalo de tempo de 10 segundos. Depois disso, restarão apenas alguns quadradinhos sobre o tabuleiro, que representam as presas sobreviventes. 4. Terminada essa rodada, as presas sobreviventes irão se reproduzir. Para representar esse processo, deve ser acrescentado um descendente (um quadradinho da mesma cor) para cada sobrevivente da população de presas. Assim, se sobrarem dois quadradinhos brancos e três vermelhos, deverão ser acrescentados mais dois quadradinhos brancos e mais três vermelhos antes de começar a próxima rodada. 5. Em cada rodada, no início e no final da sessão de captura, deve-se contar o número de indivíduos brancos e vermelhos sobre o tabuleiro, registrando em uma tabela o número de indivíduos capturados e o número de sobreviventes. Caso uma das variedades fique sem indivíduos, o jogo termina com a sua extinção. 6. Uma vez completados os 5 ciclos de captura e reprodução (gerações), deve-se repetir todo o processo, usando o tabuleiro vermelho.

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Segue-se um modelo da tabela (fig. 1.10) que você deve reproduzir no caderno. Preencha com os dados obtidos por seu grupo. As colunas G1, G2, G3, G4 e G5 correspondem às 5 gerações, ou ciclos de captura e reprodução.

1ª- Etapa: Tabuleiro branco G1 Inicial

Brancos

G3

G4

12

G5

G1 Inicial Capturados

Sobreviventes

Sobreviventes 12

G2

G3

G4

G5

12

Capturados

Inicial

Vermelhos

G2

2ª- Etapa: Tabuleiro vermelho

Inicial

12

Capturados

Capturados

Sobreviventes

Sobreviventes

Figura 1.10. Modelo de tabela para a atividade.

Atividades Finalizado o jogo e preenchida a tabela, seu grupo deve:

1.

Com os dados da tabela, montar gráficos de linha (um para cada tabuleiro) com os números iniciais das 5 gerações, para indivíduos brancos e vermelhos, separadamente. Note que em cada gráfico aparecerão 2 traçados, um para cada variedade de cor. Compare os traçados, associando a cor dos indivíduos com a cor do tabuleiro.

2. Calcular as porcentagens de brancos e de vermelhos (categorias) no início das diversas gerações e representá-las em dois gráficos, sendo um para o tabuleiro branco e outro para o tabuleiro vermelho. Para fazer esses gráficos, vamos aprender a usar uma representação que se chama barras empilhadas. Para isso, considere que as diversas barras (em nosso caso, 5) têm a mesma altura total, correspondendo a 100%. Cada uma é, então, subdividida em segmentos com alturas proporcionais às porcentagens das duas categorias (indivíduos brancos e indivíduos vermelhos).

3. Comparar os resultados entre os tabuleiros. Alguma variedade de cor tornou-se majoritária no decorrer das ge-

rações? Caso isso tenha acontecido, compare a cor em questão com a cor do tabuleiro. As cores são iguais ou diferentes? Formule uma explicação para isso.

Professor(a), veja mais informações no Manual.

Segundo a teoria da evolução por seleção natural, os indivíduos de uma população não são idênticos entre si e nascem mais indivíduos do que o ambiente pode suportar. Sem recursos em quantidades adequadas para todos os indivíduos, ocorrem disputas. Aqueles com características mais vantajosas para uma dada situação têm mais chances de conseguir os recursos do meio, sobreviver e, consequentemente, se reproduzir, passando essas características vantajosas aos seus descendentes. Esse processo, ocorrendo ao longo do tempo, leva a modificações na população. Assim, o meio é o agente que seleciona naturalmente aqueles indivíduos com características que lhes conferem maior adaptação a uma dada condição

ambiental. Mudando a condição ambiental, mudam-se as características selecionadas. A explicação do que gera a variabilidade na população e como ocorre a transmissão das características hereditárias só surgiu mais tarde, com o desenvolvimento de uma área da Biologia chamada genética. As noções de genética foram incorporadas às explicações evolutivas e, hoje, sabe-se que existem outros fatores importantes nos processos evolutivos. Sabe-se, por exemplo, que ao longo das gerações o DNA é transmitido das gerações parentais para as novas gerações e que variações nas populações podem surgir por mutações, que são modificações no DNA. Os processos evolutivos ainda são objetos de pesquisa e os cientistas

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continuam a trazer contribuições para o entendimento da evolução, sendo essa uma das áreas da Biologia em pleno desenvolvimento. Para entendermos melhor o processo de seleção natural, vamos analisar um exemplo real de experimentação realizado na década de 1970 pelo zoólogo norte-americano John Endler. Endler montou seu experimento utilizando uma espécie de peixe de aquário bem popular, o lebiste (Poecilia reticulata). Os machos dessa espécie têm manchas com coloração viva, que atuam na atração de fêmeas. Essas manchas, no entanto, atraem também predadores. Observações anteriores sugeriam que, nos locais onde havia grande quantidade de peixes predadores, os lebistes machos (fig. 1.11) tendiam a ter menos manchas coloridas, quando comparados àqueles que viviam em locais com menos predadores. Para verificar experimentalmente esse fenômeno, Endler colocou grupos de lebistes machos e fêmeas em três lagoas praticamente idênticas. A característica que variava entre essas lagoas era o fator “predadores”: enquanto em uma lagoa não havia predadores, na outra havia uma espécie predadora de lebistes e, na terceira, havia uma espécie de peixe que era predador, mas que não se alimentava de lebistes. As três lagoas foram deixadas nessas condições

por 20 meses, o que equivale a aproximadamente 7 gerações de lebistes. Após esse período, Endler analisou as populações do peixe e constatou que, na lagoa onde havia predadores de lebistes, os machos dessa espécie tinham significativamente menos manchas coloridas nas caudas do que aqueles deixados nas outras duas lagoas. Como essa característica é hereditária, essa experiência forneceu forte evidência de que a quantidade de manchas nas caudas de lebistes machos é uma característica que sofre seleção natural, pois os machos com menos manchas são menos predados, passando essa característica aos descendentes. Há ainda inúmeros outros exemplos de atuação da seleção natural na evolução. Um deles pode ser dado pelos pandas-gigantes, hoje ameaçados de extinção. O panda-gigante (fig. 1.12) vive nas florestas de bambu na China Oriental. Uma característica curiosa desses animais diz respeito a suas patas dianteiras: em vez de terem cinco dedos, como os demais mamíferos, eles têm seis. O sexto dedo é chamado “dedão” e é oponível, ou seja, dispõe-se em ângulo de 90° em relação aos demais, como o polegar na espécie humana. Essa disposição dos dedos confere ao panda-gigante a capacidade de segurar o caule do bambu, que é seu alimento favorito.

KEREN SU/TAXI/GETTY IMAGES

BLICKWINKEL/ALAMY/OTHER IMAGES

Figura 1.11. Fotografia de um lebiste macho. Mede cerca de 3 cm de comprimento.

Figura 1.12. Panda-gigante. Mede cerca de 1,40 m de comprimento.

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Professor(a), veja mais orientações no Manual.

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O dedão do panda-gigante é, na realidade, um osso muito aumentado do punho, com tendões e músculos associados. Esses animais derivaram de ancestrais com cinco dedos. Em algum momento da história evolutiva, devem ter nascido pandas com um dos ossos do punho mais desenvolvido, formando um sexto dedo, oponível. Os pandas-gigantes de seis dedos devem ter se tornado mais aptos a segurar e, consequentemente, a comer mais bambu, sobrevivendo em maior número

que os demais e deixando mais descendentes com essa característica. Ao longo do tempo, teriam sobrevivido apenas os pandas-gigantes de seis dedos, pois todos os indivíduos atuais são assim. Nesta coleção, você perceberá que a visão evolutiva permeará todo o conteúdo, pois, nas palavras do biólogo ucraniano Theodosius Dobzhansky (1900-1975), “Nada em Biologia faz sentido a não ser sob a luz da evolução”.

Colocando em foco: seleção natural e resistência de bactérias a antibióticos Você já deve ter lido que um antibiótico deixou de ser eficiente para controlar determinada bactéria causadora de uma doença no ser humano. Isso ocorre porque as bactérias, como todos os seres vivos, sofrem pequenas mudanças de geração para geração. No caso das bactérias causadoras de doença, essas mudanças podem ter levado ao surgimento de indivíduos que respondem de modo diferente aos antibióticos. No início do tratamento de determinada doença com um antibiótico, muitas bactérias morrem, pois são sensíveis à droga. Entretanto, como os indivíduos não são idênticos entre si, nessa população de bactérias podem existir algumas que sejam resistentes ao remédio; se o tratamento não for feito de acordo com as orientações do médico, essas bactérias resistentes irão se reproduzir e originarão descendentes, em sua maioria, também resistentes à droga. Surge, então, uma nova população de bactérias, sobre a qual aquele antibiótico tem pouco ou mesmo nenhum efeito. Esse processo de seleção nos permite entender por que os antibióticos só podem ser tomados com prescrição médica e por que é importante seguir as recomendações de não interromper o tratamento antes do tempo, quando o paciente começa a se sentir melhor. Os antibióticos devem ser tomados durante um período contínuo estabelecido pelo médico. Atualmente, também se recomenda que, caso sobre antibiótico após o fim do tratamento, esse remédio seja levado para farmácias ou postos de saúde para serem descartados de forma segura.

Afinal, o que é vida? Os organismos vivos apresentam certas características que não são encontradas em objetos inanimados. Essas características foram listadas por muitos cientistas, como fizemos aqui. No entanto, tais listas diferem entre os pesquisadores, e é muito difícil escolher apenas uma delas como sendo melhor que todas as demais. Procurando resolver essas questões, alguns biólogos propuseram definições mais gerais de vida. Entre elas, pode-se citar a de John Maynard Smith, de 1986, segundo a qual “entidades com as

propriedades de multiplicação, variação e hereditariedade são vivas e entidades que não apresentam uma ou mais dessas propriedades não o são”.

Apesar do grande esforço dedicado a esse assunto, essa ainda é uma questão polêmica, que gera debates calorosos no meio científico e mesmo fora dele.

Esse problema se torna ainda maior quando nos deparamos com entidades como vírus, viroides e príons, que, embora não apresentem estru-

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tura celular, possuem algumas características bastante especiais. Cada vírus é formado por um tipo de ácido nucleico (DNA ou RNA), protegido por uma ou mais cápsulas proteicas. Além disso, certos vírus possuem um envelope formado por membrana lipoproteica semelhante à das células. Os vírus só adquirem manifestações vitais quando penetram células vivas, sendo, portanto, parasitas intracelulares obrigatórios. Alguns pesquisadores consideram os vírus partículas infecciosas especiais, e não seres vivos. Outros consideram os vírus formas particulares de vida, com base nos seguintes argumentos: têm capacidade de reprodução (embora apenas quando penetram uma célula hospedeira) e sofrem mutação no material genético, podendo mudar ao longo do tempo. Essa grande capacidade que os vírus têm de mutação é um dos motivos pelos quais ainda não se conseguiu produzir uma vacina eficiente contra algumas das doenças causadas por eles, como a Aids e a gripe. No caso da gripe, as vacinas existentes são renovadas anualmente para tentar combater novas variedades do vírus. Os viroides são ainda mais simples que os vírus. Eles foram descobertos em 1971 e consistem apenas em uma molécula circular de RNA não envolta por cápsula proteica. Essa molécula fica sempre dentro de uma célula hospedeira e Esquema de um bacteriófago (vírus que infecta bactérias) mostrando o DNA por transparência. Vírus sem envelope lipoproteico.

tem a capacidade de autoduplicação e de sofrer mutações. Não consegue, entretanto, comandar a síntese de proteínas, sendo totalmente dependente da célula hospedeira para sua replicação. Os viroides conhecidos ocorrem apenas em plantas e a via principal de difusão é por contato direto, mas podem ser transmitidos por pulgões e instrumentos de poda. Eles provocam desenvolvimento anormal de plantas, podendo levá-las à morte. Seriam eles uma forma particular e extremamente simplificada de vida parasitária ou seriam eles agentes infecciosos com capacidade de multiplicação, variação e hereditariedade, assim como os vírus? O caso dos príons já foi mais polêmico. Atualmente, admite-se que eles não são formas particulares de vida. Eles são proteínas que provocam doenças neurodegenerativas, como a doença da vaca louca (encefalopatia espongiforme bovina), que faz aparecer cavidades no encéfalo, deixando-o como uma esponja. Várias doenças na espécie humana, como a doença de Creutzfeldt-Jakob (tipo de encefalopatia espongiforme humana), também são provocadas por príons. O príon foi descrito pela primeira vez em 1982 pelo bioquímico Stanley Prusiner (prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia em 1997). A palavra príon refere-se a “partículas infectantes proteináceas” e seu uso na literatura é muito variável. Usaremos o termo príon só para a proteína que causa a doença.

Esquema da organização do vírus HIV visto em corte mediano.

Camadas de fosfolipídio do envelope

Cabeça

JURANDIR RIBEIRO

JURANDIR RIBEIRO

DNA Cápsula proteica Fibras proteicas

Cápsulas proteicas

Cauda Proteínas virais do envelope RNA

Esquemas de vírus feitos com base em obser vações ao microscópio eletrônico. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

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Quando os príons foram descobertos, chegou-se a pensar que eles seriam seres vivos muito especiais, pois achava-se, na época, que eram proteínas capazes de replicação. Hoje já se sabe que os príons não têm essa capacidade.

STUDIO CAPARROZ

Nas membranas celulares, especialmente das células nervosas, existem proteínas cuja função ainda não está bem esclarecida. Essas proteínas, no entanto, são passíveis de sofrer uma alteração em sua estrutura tridimensional, transforman-

do-se em príons. A principal característica dos príons é que eles interagem com as proteínas normais, transformando-as em aberrantes — e o ciclo se repete em uma espécie de reação em cadeia, dando a falsa impressão de que os príons estão se replicando. Eles aumentam em número, mas não por divisão de uma molécula em duas que depois se dividem novamente. O aumento se deve a modificações em proteínas normais, já existentes.

Príon original

Príon

Proteína normal

Novo príon

Muitos príons

Esquema mostrando o aumento no número de príons. Os príons são uma versão alterada de uma proteína normal, que ocorrem em células nervosas. Quando o príon se une a uma “irmã” normal, pode induzir sua transformação em príon. Esse processo continua como em uma reação em cadeia. (Cores-fantasia.)

1. Faça, com seus colegas de grupo, uma pesquisa sobre a interpretação dada aos vírus, isto é, se são seres vivos ou não. Utilize diferentes fontes confiáveis de consulta, como sites de universidades, de entidades governamentais, páginas pessoais de pesquisadores, livros e revistas de cunho científico. Com base nessas informações e no texto aqui discutido, faça uma apresentação oral para os demais colegas de classe sobre os dados obtidos e a conclusão a que seu grupo chegou. O(A) professor(a) deverá marcar o dia das apresentações e organizar um debate na classe sobre esse assunto. 2. Em grupo, utilize materiais diversos para construir um modelo que represente o aumento do número de príons no corpo de uma pessoa portadora dessa proteína anormal e mostre como ocorre o aumento no número de células em um ser vivo. Usando esses modelos, justifique a diferença entre esses processos. 3. Se for possível, divulgue o trabalho de seu grupo ao público leigo, explicando quais são as doenças causadas por príons. Exerça sua cidadania. Como sugestão, vocês poderão fazer um vídeo curto, que pode ser publicado no blog da classe ou postado em redes sociais, caso esses recursos sejam aprovados pelo(a) professor(a). Avalie a possibilidade de desenvolver esse trabalho em conjunto com as disciplinas de Arte e de Língua Portuguesa.

Agora que você já conhece melhor a Biologia, retome suas respostas às questões iniciais da seção Pense nisso deste capítulo. Suas expectativas com relação a essa Ciência mudaram? Quanto à sua proposta de estudo sobre a nascente do Rio Sucuri, há outras ciências envolvidas que podem ajudá-lo a responder a seus questionamentos? Capítulo 1 • Introdução à Biologia

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Professor(a), veja no Manual as competências estabelecidas pelos PCNEM que podem ser encontradas nas atividades a seguir.

No Manual do Professor, há sugestões de abordagem para as atividades da seção Ampliando e integrando conhecimentos desta coleção.

Atividade 1: Elementos químicos nos seres vivos e nos componentes não vivos do ambiente

Habilidades do Enem: H7, H9, H17, H24.

Em Química são utilizados inúmeros métodos práticos de detecção e dosagem dos diferentes elementos que compõem os mais diversos materiais. Esses métodos são descritos na Química Analítica, que pode ser qualitativa (procura apenas identificar que elementos ou substâncias estão presentes no material analisado) ou quantitativa (determina não só a presença, mas também a quantidade com que certos elementos ou substâncias aparecem). O gráfico a seguir apresenta as abundâncias relativas de alguns elementos químicos nos seres vivos e na crosta terrestre (os valores podem variar dependendo da fonte dos dados).

Crosta terrestre

CONCEITOGRAF

Organismos

Abundância relativa (%)

50 40 30 20 10

H

C

O

N

Ca Na P e e Mg K

Gráfico representando a abundância relativa de alguns elementos químicos na composição de organismos e da crosta terrestre. Na categoria "Outros" incluem-se elementos diversos cujas abundâncias relativas são muito pequenas. H = hidrogênio; C= carbono; O = oxigênio; N = nitrogênio; Ca = cálcio; Mg = magnésio; Na = sódio; K = potássio; Si = silício.

Si Outros

Analise os dados apresentados e faça uma lista em ordem decrescente de abundância dos principais elementos químicos que constituem e caracterizam: a) os seres vivos; b) a matéria inanimada.

Atividade 2: Reconhecendo níveis hierárquicos de organização em Ecologia Habilidades do Enem: H9, H14, H15, H17.

RODVAL MATIAS

Observe a figura abaixo, que representa um ambiente hipotético e delimitado onde vivem organismos diversos.

Esquema representando um ambiente hipotético com diversos organismos. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

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Agora, responda: a) Quantas e quais populações estão presentes na área? Justifique. b) Quantos indivíduos há em cada uma dessas populações? c) Organize esses dados em uma tabela, indicando na primeira coluna os nomes dos organismos que compõem cada uma dessas populações que você reconheceu e na segunda a quantidade de indivíduos presentes em cada população. d) Quantos indivíduos estão representados nessa comunidade? e) Qual é o termo que se refere ao todo constituído pela comunidade mais o conjunto dos componentes não vivos do ambiente representado na figura?

Atividade 3: Crescimento de cristais

Habilidade do Enem: H3, H18.

CONCEITOGRAF

Folhas finas de cobre são amplamente utilizadas na indústria eletrônica, mais especificamente na fabricação de placas para circuito impresso e de baterias de última geração, que vêm substituindo as antigas, nocivas ao ambiente. Na indústria, essas folhas são produzidas por um mecanismo complexo em que ocorre a deposição de cobre sobre um substrato inicial e, depois, essa lâmina aumenta em espessura pela deposição de mais cobre. Não vamos replicar isso aqui, mas vamos analisar uma demonstração simples em que poderemos constatar o crescimento de cristais de sulfato de cobre. O formato dos cristais depende de seus constituintes, que podem ser átomos, moléculas ou íons. Esses constituintes se organizam em um padrão geométrico típico de cada cristal. Um cristal de sulfato de cobre foi amarrado e mergulhado em uma solução quente de sulfato de cobre, como mostra a figura ao lado. Essa preparação foi mantida em local aquecido por vários dias e em repouso. Depois desse tempo, o cristal foi removido e verificou-se que ele aumentou de tamanho. a) Se uma das características dos seres vivos é o crescimento, argumente se o cristal de sulfato de cobre pode ser considerado um ser vivo, já que ele cresceu. b) Qual é a diferença entre o crescimento de um cristal e o crescimento de um organismo?

Cristal de sulfato de cobre suspenso na solução de sulfato de cobre.

Atividade 4: Investigando plantas carnívoras

Habilidades do Enem: H14, H16, H17, H28.

A planta Philcoxia minensi, típica do Cerrado brasileiro, tem folhas subterrâneas que, por incrível que pareça, fazem fotossíntese. A maior descoberta, no entanto, se refere ao fato de essas plantas usarem as folhas para capturar e digerir vermes nematoides. Pesquisadores brasileiros, em conjunto com pesquisadores australianos e americanos, fizeram experimentos usando bactérias marcadas com isótopos de nitrogênio e forneceram essas bactérias como alimento aos vermes. Estes, por sua vez, foram “oferecidos” à planta. Os pesquisadores verificaram a presença dos isótopos de nitrogênio na planta, confirmando que a folha da planta havia digerido os nematoides e absorvido seus nutrientes. Segundo os pesquisadores, essa estratégia de captura é única entre as plantas carnívoras e surgiu, provavelmente, graças a uma combinação de fatores como: a planta ocorre em solos de areia muito branca que permite a passagem de luz, é pobre em água e nutrientes, mas rica em vermes nematoides; as temperaturas são elevadas e a radiação solar é alta. Essas condições extremas dificultam a sobrevivência da maioria das plantas, mas podem ter favorecido a seleção desse hábito peculiar da Philcoxia — o posicionamento subterrâneo de folhas, mantendo a função fotossintética — e acrescentado a essa função a capacidade de capturar e digerir animais. Para saber mais, leia o artigo disponível em: <http://agencia.fapesp.br/15069>. Acesso em: dez. 2012.

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a) Qual trecho do texto se refere ao conceito de metabolismo, característica exclusiva dos seres vivos? b) Em qual trecho do texto está embutida a noção de seleção natural? c) Faça um esquema que represente os passos desses pesquisadores, mostrando como eles aplicaram a metodologia científica. Considere que eles partiram da observação da existência de folhas verdes subterrâneas nessas plantas e que a essas folhas sempre estavam aderidos vermes nematoides. Qual hipótese foi testada? Como foi feito o teste dessa hipótese? Quais foram os resultados? Quais foram as conclusões?

Atividade 5: É ser vivo ou não é?

Habilidades do Enem: H13, H17, H28.

TOM MARTIN/SCIENCE SOURCE/DIOMEDIA

Analise a fotografia a seguir. Se você encontrasse essa estrutura amarelada sobre um tronco de árvore, diria que é um ser vivo?

A imagem está ampliada — sua largura real é de cerca de 2 cm.

Em muitos casos, é fácil diferenciar um ser vivo de um não vivo, em outros, porém, não é tão simples. Essa estrutura amarelada sobre o tronco é um ser vivo da espécie Hemitrichia serpula. Esse organismo vive em locais úmidos e sombreados de florestas, geralmente sobre troncos de árvores ou folhas caídas em decomposição. Seu aspecto é o de uma massa gelatinosa, capaz de se deslocar por movimentos ameboides durante parte do ciclo de vida. Por meio desses movimentos o organismo também captura bactérias, seu alimento. Em outra fase do ciclo de vida, ele sofre alterações e forma estruturas reprodutivas de poucos milímetros, em forma de haste, que produzem esporos. O grande grupo ao qual esse organismo pertence descende de uma linhagem que compartilha um ancestral comum com as amebas. Esse organismo é classificado como mixomiceto. Que características mencionadas na descrição acima permitem afirmar que o organismo mostrado na fotografia é mesmo um ser vivo?

1.

32

(Enem) Quando um reservatório de água é agredido ambientalmente por poluição de origem doméstica ou industrial, uma rápida providência é fundamental para diminuir os danos ecológicos. Como o monitoramento constante dessas águas demanda aparelhos caros e testes demorados, cientistas têm se utilizado de biodetectores, como peixes que são colocados em gaiolas dentro da água, podendo ser observados periodicamente. Para testar a resistência de três espécies de peixes, cientistas separaram dois grupos de cada espécie, cada um com cem peixes, totalizando seis grupos. Foi, então, adicionada a mesma quantidade de poluentes de origem doméstica e industrial, em separado. Durante o período de 24 horas, o número de indivíduos passou a ser contado de hora em hora.

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Os resultados são apresentados a seguir.

d) as espécies I e II juntas, pois tendo resistência semelhante em relação à poluição permitem comparar resultados.

Pelos resultados obtidos, a espécie de peixe mais indicada para ser utilizada como detectora de poluição, a fim de que sejam tomadas providências imediatas, seria:

e) as espécies II e III juntas, pois como são pouco tolerantes à poluição propiciam um rápido alerta.

CONCEITOGRAF

Espécie I

Número de peixes

100

O texto a seguir refere-se às questões 2 e 3. Podemos afirmar que uma borboleta, um cajueiro, um cogumelo e um humano são seres vivos, enquanto uma rocha, o vento e a água não são. Fazemos isso porque os seres vivos compartilham características que os distinguem de seres não vivos. Essas características incluem determinados tipos de organização e a presença de uma variedade de reações químicas que os capacitam a manter o ambiente interno estável, mesmo quando o ambiente externo varia, permitindo-lhes obter energia, deslocar-se no ambiente, responder a estímulos provindos dele e perpetuar a vida. Para realizar tais funções, os seres vivos são compostos de unidades básicas que constituem a totalidade do seu corpo, ou essas unidades estão agregadas, formando estruturas complexas que realizam determinadas funções, como impulsionar o sangue. Essas formas vivas podem produzir outras idênticas ou muito similares a si próprias, um processo realizado por uma série de estruturas que agem em conjunto. No início de suas vidas, essas formas vivas podem ser idênticas aos organismos que as formaram ou sofreram mudanças que as tornam similares a esses organismos em um estágio posterior, além de aumentarem o tamanho dos seus corpos durante esse processo.

50

0 Tempo (24 horas)

Espécie II

Número de peixes

100

50

0 Tempo (24 horas)

Espécie III

2.

Número de peixes

100

(UFPB) No texto, estão citadas as conceituações das seguintes características dos seres vivos: a) metabolismo, movimento, reatividade, crescimento, reprodução. X

50

b) evolução, reatividade, ambiente, reprodução, crescimento. c) evolução, composição química, movimento, reprodução, crescimento.

0 Tempo (24 horas)

d) respiração, reprodução, composição química, movimento, crescimento.

Com poluentes domésticos Com poluentes industriais

a) a espécie I, pois sendo menos resistente à poluição morreria mais rapidamente após a contaminação. X

e) metabolismo, ambiente, movimento, reatividade, crescimento.

3.

(UFPB) Os níveis de organização da vida que se podem depreender do texto são:

b) a espécie II, pois sendo a mais resistente haveria mais tempo para testes.

a) célula, órgão, população, ecossistema.

c) a espécie III, pois, como apresenta resistência diferente à poluição doméstica e industrial, propicia estudos posteriores.

c) tecido, sistema, organismo, biosfera.

b) célula, órgão, sistema, organismo. X d) tecido, órgão, sistema, comunidade. e) órgão, sistema, organismo, população. Capítulo 1 • Introdução à Biologia

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Introdução à Ecologia ADRIANO GAMBARINI

Cap tulo 2

Figura 2.1. O sucesso do estabelecimento e da sobrevivência das espécies nos diferentes ambientes depende de diversos fatores físicos, químicos e biológicos, que interagem de maneira complexa e dinâmica. Na fotografia, aves trinta-réis-do-manto-negro, no Atol das Rocas, Rio Grande do Norte, são um exemplo do sucesso dessa interação. Essas aves são migratórias e se reproduzem apenas em certas regiões. A transformação do Atol das Rocas em reserva ambiental, em 1979, tem se revelado fundamental para a sobrevivência desta e de outras espécies que vivem ou se reproduzem nesse ecossistema.

• Descreva algumas características da região onde você mora: – O clima é frio, quente, chuvoso, seco ou úmido? – Qual o tipo de vegetação mais comum? – A maior parte do terreno é plana ou montanhosa? – Há praia, rios ou lagos por perto?

• O Atol das Rocas está localizado próximo à linha do Equador. Com essa informação, como você acha que é o clima no local? Compare-o com o clima de sua cidade. • A vegetação da região onde você mora tem alguma relação com o clima local? Explique sua resposta.

• Como você caracterizaria a região em que mora: urbana ou rural? Que critérios adotou para essa caracterização? • Em sua opinião, um ambiente urbano pode ser objeto de estudo da Biologia? Justifique sua resposta.

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1. Ecologia A palavra Ecologia deriva de duas palavras gregas: oikós (casa) e logos (estudo). Assim, Ecologia significa literalmente o “estudo da casa”. Essa palavra foi usada pela primeira vez em 1870 pelo biólogo alemão Ernst Haeckel, para designar o estudo das interações dos organismos entre si e com os demais componentes do ambiente. A Ecologia é um ramo da Biologia que tem se destacado recentemente, pois os desequilíbrios ecológicos provocados pela ação humana só serão evitáveis na medida em que se conheçam a estrutura e o funcionamento dos ecossistemas. O nível mais amplo estudado pela Ecologia é a biosfera, que já foi apresentada no capítulo anterior. O termo biosfera foi criado por semelhança aos utilizados para designar camadas ou esferas relacionadas aos componentes abióticos (a = prefixo de negação, bio = vida; isto é, sem vida) da Terra, que são: • atmosfera (atmós = gás): camada ou esfera da Terra formada pelo ar; • hidrosfera (hidro = água): camada ou esfera da Terra formada pela água; • litosfera (lito = pedra): camada ou esfera da Terra formada pelas rochas e pelos solos. A biosfera, assim como as demais “esferas”, não é uma camada homogênea, pois as condições ambientais do nosso planeta variam de uma região para outra. Os limites da biosfera são definidos em função de registros que indicam a presença de seres vivos. Esses limites vão desde aproximadamente 11 000 metros de profundidade, nos oceanos, até cerca de 7 000 metros de altitude, na atmosfera. Depois de conhecer a biosfera, vamos estudar os principais tipos de ecossistemas da Terra: como eles se distribuem, quais são seus organismos mais característicos e os principais fatores abióticos que interferem no padrão geral de distribuição dos organismos. A partir disso, passaremos ao estudo da estrutura e do funcionamento dos ecossistemas e, em seguida, estudaremos unidades ecológicas hierarquicamente inferiores: as comunidades e as populações. As condições ambientais são muito importantes na distribuição dos seres vivos. Nos locais onde tais condições são mais favoráveis, a diversidade de formas

vivas é maior, ocorrendo o contrário quando as condições não são favoráveis. Um dos principais fatores que interferem nessas condições é o clima das diferentes regiões, que sofre influência da latitude, altitude e outros fatores, como estudaremos a seguir. Ao longo deste capítulo, você notará a presença de conhecimentos pertencentes também à Química, Física e Geografia. Por exemplo, ao falarmos em calor, temperatura e densidade, usaremos os mesmos conceitos da disciplina Física. Quando falarmos do comportamento dos gases da atmosfera, de substâncias e de elementos químicos, empregaremos saberes da área de Química. Além disso, ao estudarmos nosso planeta usando mapas, falando em clima e em distribuição dos seres vivos com base em grandes padrões climáticos, estaremos aplicando habilidades e conhecimentos adquiridos no estudo da Geografia. Assim, o que apresentamos neste capítulo é fruto de pesquisas interdisciplinares nessas grandes áreas do saber. O estudo deste capítulo será muito enriquecido se for acompanhado de um atlas geográfico ou mesmo do seu livro de Geografia, onde você poderá obter informações adicionais sobre alguns dos aspectos que trataremos. Você pode encontrar muitas informações relevantes no site <http://atlasescolar.ibge.gov.br/en> (acesso em: jan. 2013), do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Segundo o IBGE, atlas é um conjunto de mapas e cartas geográficas, mas o termo se aplica também a um conjunto de dados sistematicamente organizados sobre determinado assunto. O uso de atlas é importante como fonte de informações, apoio à aprendizagem e à realização de pesquisas. Se for possível, antes de prosseguir com o texto deste capítulo, explore duas explicações interativas disponíveis no site do IBGE: • O que é Cartografia? <http://atlasescolar.ibge.gov.br/en/ conceitosgerais/o-que-e-cartografia> • Sistema de Posicionamento Global (GPS) <http://atlasescolar.ibge.gov.br/en/ conceitosgerais/conceitos-e-tecnicas>. (Acessos em: jan. 2013.)

2. A hipótese Gaia Em 1916, o cientista T. C. Chamberlin explicou com a seguinte frase a importância da interação dos seres vivos com o meio ambiente: “O mais importante reside em convencer tantas pessoas quanto pudermos de que a nossa Terra não é um planeta morto, mas um organismo vivo e ativo”.

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Posteriormente, em 1979, James E. Lovelock (1919-) publicou o livro Gaia: a new look at life on Earth (Gaia: uma nova maneira de se ver a vida na Terra), em que formula a hipótese Gaia, nome escolhido com base na mitologia grega, pois Gaia era a deusa da Terra, mãe de todos os seres vivos. Segundo essa hipótese, que teve grande apoio e colaboração da cientista Lynn Margulis (1938-2011), a Terra deve ser compreendida como um imenso organismo vivo, capaz de obter energia para seu funcionamento e capaz de se autorregular, como fazem os seres vivos. Essa hipótese propõe que os seres vivos são capazes de modificar o ambiente físico, tornando-o mais adequado à sobrevivência. Assim, a Terra seria um planeta cuja vida controla a manutenção da própria vida. Um dos exemplos dados para reforçar essa interpretação refere-se à composição de gases da atmosfera terrestre, em que o alto teor de O2 e o baixo teor de CO2 só são mantidos pela fotossíntese; portanto, sem a atuação dos organismos fotossintetizantes não haveria possibilidade de manutenção da maioria das formas de vida que existem hoje na Terra. O quadro mostrado ao lado (fig. 2.2) compara a composição atual da atmosfera na Terra com a provável composição, caso não houvesse vida.

Atmosfera

Terra sem vida

Terra atual

CO2

98%

0,03%

N2

1,9%

79%

O2

Traços

20%

Figura 2.2. Tabela com a composição atual da atmosfera da Terra e com a provável composição da atmosfera terrestre sem vida. Fonte: ODUM, E. P. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. p. 16.

Segundo a hipótese Gaia, a atmosfera terrestre não desenvolveu a capacidade de sustentar a vida apenas pela interação de forças físicas, surgidas ao acaso, para depois a vida evoluir, adaptando-se às condições ambientais que já existiam. Na verdade, a própria vida interferiu na composição da atmosfera, tornando-a mais adequada à sobrevivência dos organismos. Essa hipótese causou grande impacto nos meios científicos, tendo recebido severas críticas de alguns cientistas e apoio de outros. Apesar das discussões calorosas que geralmente ocorrem quando se fala em hipótese Gaia, ela carrega uma mensagem metafórica muito importante: a Terra pode ser vista como um organismo, em que os seres vivos e o meio ambiente formam sistemas inter-relacionados e inseparáveis.

3. A atmosfera e o efeito estufa A atmosfera pode ser dividida em quatro camadas principais: a troposfera, a estratosfera, a mesosfera e a termosfera. O limite de cada uma dessas camadas é definido pela mudança abrupta da temperatura média (fig. 2.3).

A terceira camada da atmosfera é a mesosfera, caracterizada pela diminuição da temperatura em função da altitude. Na quarta camada, a termosfera, há novamente elevação da temperatura com o aumento da altitude, pois as poucas moléculas aí presentes absorvem radiação solar de alta energia, ocorrendo sua conversão em energia térmica. A atmosfera é fundamental para a biosfera, pois, além de conter gases essenciais para a vida, impede que a Terra perca calor, atuando como um “cobertor” ou como uma estufa. É por isso que se fala em efeito de cobertura ou efeito estufa da atmosfera.

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STUDIO CAPARROZ

A troposfera é a camada mais próxima da superfície terrestre e a que apresenta a maior parte das moléculas de gases da atmosfera. É nela que encontramos as proporções de 78% de gás nitrogênio (N2), 21% de gás oxigênio (O2), 0,03% de gás carbônico (CO2) e aproximadamente 0,3% a 0,4% de vapor-d’água. Na troposfera é onde ocorrem os principais fenômenos climáticos. Essa camada é caracterizada pela diminuição da temperatura em função Temperatura Altitude (°C) (km) da altitude. Termosfera Acima da troposfera localiza-se a estratos80 fera, camada rica em ozônio (O3), gás que se Mesosfera forma com a quebra de moléculas de gás oxi50 gênio (O2) pela energia radiante e posterior reorganização dos átomos em moléculas de Estratosfera O3. Ele é o principal gás responsável pelo au0 10 mento da temperatura que se verifica nessa -80 -60 -40 -20 20 40 Troposfera camada à medida que aumenta a altitude. O ozônio absorve a maior parte da radiação ultravioleta do Sol, que é convertida em energia Figura 2.3. Perfil térmico e principais divisões da atmosfera: troposfera, térmica. estratosfera, mesosfera e termosfera.

Professor(a), a leitura desse gráfico deve ser incentivada e, de preferência, feita com sua orientação.

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Efeito estufa e aquecimento

Professor(a), veja mais orientações no Manual.

Você mesmo pode fazer um experimento simples, a fim de testar a hipótese de que a ocorrência do efeito estufa depende do material que recobre a superfície. Para isso, vamos simular o que ocorre em uma estufa de plantas, que utiliza o vidro para manter a radiação infravermelha em seu interior. Materiais • 1 termômetro; • 3 caixas de sapato de mesmo tamanho;

• 1 placa de vidro transparente, pouco maior que a tampa da caixa de sapato;

• areia seca;

• filme plástico transparente.

Procedimento

CONCEITOGRAF

1. Faça um furo na lateral de cada caixa, próximo ao fundo, com tamanho suficiente para a introdução do termômetro. Coloque o termômetro (fig. 2.4).

Figura 2.4. Esquema para montagem das caixas com termômetro.

2. Cubra o fundo das 3 caixas com a areia seca de modo que o termômetro fique coberto pela areia. 3. Deixe uma das caixas sem cobertura (caixa 1). Cubra a segunda caixa com filme plástico, de forma a não deixar frestas que permitam a ventilação. Cubra a terceira caixa com a placa de vidro, cuidando também para que não haja frestas. A montagem deve ficar parecida com o esquema a seguir (fig. 2.5). Caixa 2

CONCEITOGRAF

Caixa 1

Caixa 3

Figura 2.5. Esquema de montagem do experimento.

4. Coloque as 3 caixas sob o sol, lado a lado, e meça a temperatura interna de cada uma delas, em intervalos de 5 minutos, durante pelo menos meia hora. Assegure-se de que a medida no termômetro tenha se estabilizado antes de registrar a temperatura. Todas as medidas deverão ser organizadas em uma tabela, como a mostrada na figura 2.6. 5. Terminada a coleta de dados, utilize as informações da tabela para construir um gráfico de linhas que represente a variação de temperatura em função do tempo nas 3 caixas. Figura 2.6. Tabela para organização das medidas extraídas do experimento.

Tempo

Caixa 1 Caixa 2 (sem cobertura) (filme plástico)

Caixa 3 (vidro)

Início 5 min 10 min

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Questões

1. Nesse experimento, qual é a função da caixa sem cobertura? 2. Em qual caixa o interior ficou mais aquecido? 3. A hipótese foi corroborada? O resultado será mais confiável caso você replique (isto é, repita) o experimento algumas vezes, calculando as temperaturas médias em cada momento observado. Isso se justifica porque pode ocorrer uma condição imprevista em uma das caixas que altere o resultado, levando a conclusões erradas. Pode acontecer também de algo imprevisto ocorrer simultaneamente nas 3 caixas, levando a uma falha de toda a experimentação. Discuta em classe como esse experimento poderia ser melhorado.

Professor(a), no site <www.sciencelearn.org.nz/Science-Stories/ Harnessing-the-Sun/Sci-Media/Animations-and-Interactives/Theelectromagnetic-spectrum> há um material interativo para explicar o espectro da luz solar. Apesar de estar em inglês, as imagens são bastante explicativas.

Luz visível

ESTUDIO PARA STUDIO

Os principais componentes da atmosfera que contribuem para o efeito estufa são o gás carbônico, o gás metano e o vapor-d’água. A luz solar é a principal fonte de energia para a Terra. Ela é composta de um amplo espectro de radiação eletromagnética com diferentes comprimentos de onda, como mostra a figura 2.7. Apenas parte da radiação solar forma a luz que é visível aos nossos olhos, com os comprimentos de onda correspondentes às sete cores, na seguinte ordem crescente de energia: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. A radiação ultravioleta é a que promove o bronzeamento de nossa pele e cujo excesso pode causar câncer de pele. Quando pensamos em efeito estufa, a radiação responsável pelo aquecimento é a infravermelha. Vamos ver como isso acontece.

Ultravioleta

Infravermelho

Micro-ondas

Raio X

Ondas de rádio

Ondas gama

Aumento no comprimento de onda Aumento no nível de energia

Figura 2.7. Esquema do espectro da luz solar, indicando de forma esquemática os comprimentos de onda e os níveis de energia.

Parte da radiação solar que chega à atmosfera volta para o espaço, refletida principalmente pelas nuvens. A luz solar que atinge a superfície terrestre é em grande parte absorvida pelo solo, pela água e pelos seres vivos. Essas superfícies aquecidas emitem de volta para a atmosfera radiação infravermelha, sendo a maior parte dela absorvida pelos gases do efeito estufa. A atmosfera impede, assim, que o calor se dissipe completamente, evitando o resfriamento da Terra. Só pequena quantidade da radiação infravermelha retorna para o espaço (fig. 2.8). Fenômeno semelhante ocorre em uma estufa: o vidro da estufa é transparente à energia luminosa do Sol;

38

essa energia é absorvida pelas plantas e pelo solo e reirradiada como infravermelho; o vidro retém parte desses raios dentro da estufa (fig. 2.9). Conhecendo-se a importância da atmosfera para o equilíbrio térmico da Terra, pode-se supor que a modificação em sua composição pode afetar a vida no planeta. O aumento da concentração de CO2 na atmosfera, decorrente da queima de combustíveis fósseis (como gasolina e óleo diesel), pode provocar elevação da temperatura média, pois esse gás acentua o efeito estufa. Esse processo é conhecido como aquecimento global, assunto que será discutido no capítulo 6 desta unidade.

UNIDADE 1 • O mundo em que vivemos

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RICKARDO

O efeito dos gases-estufa

Parte da radiação refletida atravessa o vidro e parte fica retida, promovendo o aquecimento da estufa.

RICKARDO

Radiação solar

Parte da energia é refletida para o espaço.

A Terra é aquecida pela radiação infravermelha refletida pela superfície.

Reflexão

A energia solar chega à superfície da Terra, atravessando a atmosfera.

Os gases do efeito estufa da atmosfera, como o CO2, aprisionam parte da radiação infravermelha, o que favorece o aquecimento da Terra.

Figura 2.9. Esquema mostrando o aquecimento do ar dentro de uma estufa de plantas. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Figura 2.8. Esquema mostrando como ocorre o aquecimento da troposfera. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

4. Os grandes padrões climáticos Os grandes padrões climáticos estão relacionados a dois fatores básicos: • variação da energia solar recebida pela Terra em função da latitude; • movimentos de rotação e de circunvolução da Terra. A interação desses fatores determina os principais padrões gerais de distribuição da temperatura, da circulação de ar e da incidência de chuvas no planeta. Determina, enfim, os padrões climáticos, que, por sua vez, interferem nos padrões de distribuição dos organismos na superfície terrestre. Os raios solares aquecem a superfície da Terra e o ar próximo a ela se expande e diminui sua densidade. Sendo menos denso, o ar aquecido sobe; e por ser aquecido tem sua capacidade de reter vapor de água aumentada, o que acelera a evaporação da água presente em solos, lagos, rios e mares. Enquanto sobe, o ar se expande ainda mais, devido à redução da pres-

são atmosférica. Como na troposfera a temperatura diminui com o aumento da altitude, o ar resfria-se. Isso causa a condensação do vapor de água contido nele e formam-se as nuvens e/ou chuvas. O ar, agora resfriado, é mais denso e desce. Ao chegar próximo à superfície terrestre, sofre aquecimento, dando início a outro ciclo. A quantidade de vapor de água na atmosfera é denominada umidade do ar. A umidade do ar é fator determinante na redução dos contrastes entre temperaturas diurnas e noturnas. Em regiões desérticas, a umidade do ar é baixa. Assim, como durante o dia o ar é aquecido por transferência térmica direta do solo, ao chegar a noite a ausência de nuvens e de vapor de água permite a rápida dissipação do calor e a temperatura cai drasticamente. Vamos pensar, agora, no que acontece em grande escala, considerando o globo terrestre como um todo. Para isso, realize a proposta a seguir.

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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No Manual, é proposto um complemento para a atividade de observações e reflexões sobre o que determina as diferenças entre estações do ano. Se possível, orientar os alunos para a realização dele.

Será que os raios solares atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade? Para responder a essa pergunta, vamos realizar a seguinte simulação, que deve ser feita em grupo. Nessa simulação, os tamanhos dos objetos e as distâncias não serão proporcionais às reais. Um exemplo do que estamos falando é o diâmetro do Sol em relação ao diâmetro da Terra. Segundo o site <http://astro.if.ufrgs.br/grao.htm> (acesso em: jan. 2013), o diâmetro do Sol é de cerca de 1 400 000 km, e o da Terra é de 13 000 km. Se o Sol fosse representado por uma bola de futebol, a Terra deveria ser representada por uma semente de mamão. CRISTINA XAVIER

Materiais • 1 cartolina; • tesoura de ponta arredondada; • globo terrestre, como o mostrado na figura 2.10. O eixo da Terra é inclinado em relação ao plano de sua órbita ao redor do Sol. O ângulo de inclinação é de pouco mais de 23º 27’;

Figura 2.10. Globo terrestre. LUÍS MOURA

• 1 fonte de luz para simular o Sol, como uma lanterna ou, se preferir, uma fonte de luz montada por você. Para isso, você vai precisar de 2 pilhas comuns de 1,5 V, 2 pedaços de 30 cm de fio elétrico, fita crepe e 1 lâmpada de 3 V. Veja a figura 2.11. Esta montagem é um exemplo de circuito elétrico, cujo funcionamento é explicado pela eletrodinâmica, na disciplina de Física. Seus componentes básicos são o gerador (pilhas), os condutores (fios) e a resistência (lâmpada). Procedimento Na cartolina, recorte bem no centro uma janela quadrada de 1 cm de lado. Em um ambiente escuro, posicione essa cartolina a cerca de 20 cm da fonte de luz. Coloque o globo entre eles, a 10 cm de cada um. Mova a cartolina de modo a fazer com que a luz incida sobre a região do equador (situação A). Depois, mova a cartolina novamente para que a luz incida sobre a região polar (situação B). Atividades

1.

Fita adesiva

Figura 2.11. Esquema mostrando uma fonte de luz construída para a atividade.

Comparando as situações A e B, o que acontece com a região iluminada? Explique sua resposta.

2. Em qual das duas áreas iluminadas a temperatura da superfície seria maior? Justifique sua resposta. 3. Agora, mova a cartolina lentamente desde a região do equador até a região polar norte e depois sul e descreva o que acontece com a área iluminada em cada situação.

4.

Coloque a cartolina em uma posição fixa, mas que ilumine a região equatorial do globo. Gire lentamente o globo terrestre em torno de seu eixo, no sentido anti-horário (ou de Oeste para Leste), simulando o movimento de rotação da Terra, que determina a duração do dia e da noite. Quais regiões do planeta ficaram iluminadas? A área iluminada foi a mesma em cada região? Explique.

5. Agora, vamos simular o movimento de translação da Terra, que é o movimento dela ao redor do Sol, com duração de

365 dias e 6 horas (como no calendário o ano tem 365 dias, compensam-se as 6 horas de 4 em 4 anos, acrescentando um dia a mais no mês de fevereiro, no chamado ano bissexto). No sentido anti-horário, mova lentamente apenas o globo ao redor da fonte de luz, mas sem fazer o movimento de rotação do globo, como mostra a figura 2.12. Essa

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figura também mostra as datas importantes relacionadas às estações do ano. A órbita da Terra é uma elipse muito próxima a uma circunferência. Professor(a), veja mais informações no Manual. 1 20-21 de março

8

2

3

7

21-22 de junho

WALTER CALDEIRA

21-22 de dezembro

4

6

5 22-23 de setembro

Figura 2.12. Esquema da Terra girando ao redor do Sol. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Ao longo desse movimento de translação, a área do globo que recebe mais luz é sempre a equatorial? Explique.

6. Agora, realize ao mesmo tempo os movimentos de rotação e de translação da Terra. A que conclusões você chega, visando responder à pergunta inicial?

7.

Após entender todo esse processo, reproduza em seu caderno o esquema mostrado na figura 2.12. Vamos usá-lo para falar das estações do ano. Para isso, associe as seguintes descrições aos locais a que elas se referem no esquema: •

Situação 1 – Equinócio, palavra que significa “noites iguais” (20-21 de março): os raios solares atingem perpendicularmente a Terra no equador. Os hemisférios Sul e Norte ficam igualmente iluminados, mas os polos praticamente não recebem luz. Tem início o outono no hemisfério Sul e a primavera no hemisfério Norte.

Situação 2 – Os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais próximos do Trópico de Câncer.

Situação 3 – Solstício, palavra que significa “Sol parado” (21-22 de junho): os raios atingem perpendicularmente a Terra no Trópico de Câncer; nesse dia, o Círculo Polar Ártico fica iluminado todo o tempo, marcando o início do inverno no hemisfério Sul e do verão no hemisfério Norte.

Situação 4 – Os raios vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais próximos do equador.

Situação 5 – Equinócio (22-23 de setembro): os raios do Sol atingem perpendicularmente a Terra no equador. Os hemisférios Norte e Sul ficam igualmente iluminados, mas os polos praticamente não recebem luz. Tem início a primavera no hemisfério Sul e o outono no hemisfério Norte.

Situação 6 – Os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais próximos do Trópico de Capricórnio.

Situação 7 – Solstício (21-22 de dezembro): os raios solares atingem perpendicularmente a Terra no Trópico de Capricórnio; nesse dia, o Círculo Polar Antártico fica iluminado todo o tempo, marcando o início do verão no hemisfério Sul e do inverno no hemisfério Norte.

Situação 8 – Os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em latitudes cada vez mais próximas do equador.

A atividade realizada propicia que o aluno entenda melhor como ocorrem as estações do ano. O esquema em 2D, representado no livro e o que o aluno vai reproduzir no caderno, pode levar a erros. Assim, discuta bem esse assunto com eles. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Entre 30° e 60°, também ao norte e ao sul, formam-se outras duas células de circulação chamadas células de Ferrél, onde o ar aquecido sobe ao redor dos 600 de latitude. Em geral, nas regiões de ar descendente há poucas chuvas e nas de ar ascendente há maior pluviosidade. Finalmente, entre 60° e 90°, também no norte e no sul, formam-se as células polares. Essa dinâmica da atmosfera, além de estabelecer padrões climáticos, permite a transmissão vertical e horizontal da energia térmica, impedindo o superaquecimento das regiões tropicais nos meses mais quentes e o excessivo resfriamento das regiões temperadas e polares nos meses mais frios. Células de Ferrél

Células de Hadley

LUÍS MOURA

60º N

30º N

Equador

30º S

Figura 2.13. Esquema mostrando as células de circulação atmosférica. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Ar seco e frio Célula de Hadley

Célula de Hadley

Ar seco é aquecido conforme desce

CONCEITOGRAF

O aquecimento diferencial da Terra em função da latitude, associado ao movimento de rotação e de translação da Terra, determina em grande extensão a localização das principais zonas climáticas: a polar, a temperada e a tropical, que são importantes no estabelecimento dos grandes padrões de distribuição dos seres vivos. Esse aquecimento diferencial determina também os grandes padrões de circulação do ar. Em 1735, o meteorologista inglês George Hadley propôs o modelo celular de circulação atmosférica, modificado posteriormente pelo meteorologista norte-americano William Ferrél no século 19. Segundo esse modelo, a circulação atmosférica ocorre por meio de três tipos de células em cada hemisfério, que são simétricas em relação ao equador. Posteriormente, verificou-se que essa simetria ocorre apenas no outono e na primavera. Entre o equador e a latitude de 30° Norte e Sul formam-se duas células de circulação, chamadas células de Hadley (fig. 2.13). Vamos acompanhar uma delas. Em seu ramo inferior, próximo à superfície terrestre, o ar flui em direção ao equador. Nesse percurso, o ar sofre aquecimento e adquire umidade, formando os chamados ventos alísios. Perto do equador, esse ar aquecido e rico em vapor-d’água sobe, criando áreas de baixa pressão, onde se formam as calmarias. Ao subir, ele se expande, sofre resfriamento e o vapor se condensa, dando origem a precipitações intensas. O ramo superior dessa célula transporta, agora, uma massa de ar relativamente fria e sem umidade. Em torno dos 30° de latitude, esse ar seco desce e é responsável pelos grandes desertos encontrados ao redor dessa latitude (fig. 2.14).

Chove quando o ar quente e úmido resfria

Ar aquecido sobe Ar absorve umidade

Ar absorve umidade

Zona árida 30º

Zona árida 30º Equador

Figura 2.14. Detalhe da circulação do ar entre o equador e as latitudes 30º N e 30º S, mostrando as duas células de Hadley. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

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Colocando em foco: o perigo da destruição da camada de ozônio A barreira natural formada pela camada de ozônio contra os raios ultravioleta é fundamental para a manutenção da vida na Terra (fig. 2.15). O excesso desse tipo de radiação é nocivo, pois está relacionado à indução de mutações, que são alterações no material genético. Nos seres humanos, por exemplo, esses raios podem favorecer o desenvolvimento de câncer de pele.

NASA

/ S P L / L ATIN S TO C K

A camada de ozônio vem sendo progressivamente destruída, principalmente pela ação de gases conhecidos por clorofluorcarbonos, também denominados CFCs, usados em sprays (aerossóis), condicionadores de ar, geladeiras, espumas plásticas, componentes eletrônicos e outros produtos. Existem cálculos que estimam em 75 anos a vida útil dos CFCs e em cerca de 100 mil o número de moléculas de ozônio que podem ser destruídas por um único átomo de cloro da molécula de CFC. Em função do comportamento das massas de ar na atmosfera, houve maior concentração desses gases em certas regiões, causando maior destruição da camada de ozônio nesses lugares. A maior delas fica sobre a Antártida, onde a camada de ozônio tornou-se menos espessa, formando o que ficou conhecido por “buraco na camada de ozônio”. Com a crescente redução da emissão dos CFCs, espera-se que até o final da década de 2040 esse “buraco” esteja bem menor.

Figura 2.15. Imagem de satélite colorida representando a espessura da camada de ozônio no hemisfério Sul da Terra, em 13 de setembro de 2007. As linhas são meridianos convergindo no Polo Sul. As menores espessuras estão representadas em roxo. As áreas em roxo têm sua camada de ozônio cerca de 40% mais delgada que o normal. O termo “buraco na camada de ozônio” refere-se a essa parte mais delgada.

Os grandes padrões climáticos sofrem alterações locais em função de outros fatores, como a altitude. A cada 200 m de altitude, a temperatura cai aproximadamente 1 °C e há modificação no regime de chuvas. Assim, em regiões montanhosas mais altas, as temperaturas são mais baixas, mesmo que estejam próximas ao equador. O monte Kilimanjaro, por exemplo, localizado na África, está exatamente sobre o equador, mas, pelo fato de ser muito alto, apresenta neve cobrindo seu cume (fig. 2.16).

DLILLC/CORBIS/LATINSTOCK

5. O efeito da altitude no clima

Figura 2.16. O monte Kilimanjaro (Quênia), localizado na região equatorial, ilustra o efeito da altitude sobre o clima. Em seu cume, as condições assemelham-se às que seriam encontradas em terras baixas em latitudes maiores.

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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6. O efeito dos oceanos no clima Outro fator de fundamental importância na manutenção do equilíbrio térmico na Terra são os oceanos. O aquecimento dos oceanos acontece de forma diferente daquela descrita para a troposfera. Enquanto a troposfera é aquecida de baixo para cima, os oceanos são aquecidos da superfície para o fundo. A energia solar que incide sobre os oceanos é parcialmente transformada em calor, que é refletido ou transmitido, principalmente por meio da turbulência gerada pelas ondas, para as camadas de água mais profundas (até cerca de 100 m de profundidade). Além da distribuição vertical do calor até cerca de

100 m de profundidade, as correntes oceânicas redistribuem horizontalmente o calor absorvido, transferem esse calor para a atmosfera, determinando alterações locais no clima, como explicado no mapa a seguir (fig. 2.17). Nos oceanos, a variação diária da temperatura é geralmente inferior à que ocorre no continente. Além disso, eles retêm mais calor e se aquecem mais lentamente que o solo terrestre. Por conta disso, os oceanos contribuem de modo efetivo na moderação do clima, uma vez que a reserva de calor nas águas adquirida nos meses mais quentes é, em parte, dissipada nos meses mais frios.

MARIO YOSHIDA

Correntes oceânicas OCEANO GLACIAL ÁRTICO 0º

CÍRCULO POLAR ÁRTICO

Corrente do Labrador

N

0

CÍRCULO POLAR ANTÁRTICO

2 390 km

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Corrente fria

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OCEANO PACÍFICO

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OCEANO ATLÂNTICO

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TRÓPICO DE CAPRICÓRNIO

OCEANO PACÍFICO

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OCEANO ATLÂNTICO

Corrente da Califórnia

TRÓPICO DE CÂNCER

co

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da nte di rre nlân o e C ro i G éx nte Corre do M lfo o G

Corrente quente

Fonte: Atlas mundial Melhoramentos. São Paulo: Melhoramentos, 1999. Figura 2.17. Mapa mostrando as principais correntes oceânicas superficiais, as quais exercem profundo efeito sobre o clima. A corrente do Golfo do México, que é quente, propicia temperaturas mais moderadas na Europa do que as da América do Norte, em latitudes semelhantes. A costa do Brasil recebe influência da corrente do Brasil, que é quente. A corrente de Humboldt, de águas frias, relaciona-se com temperaturas mais baixas na costa ocidental da América do Sul.

Colocando em foco: El Niño e La Niña e sua ação no clima O que é El Niño? É um fenômeno climático de escala global caracterizado pelo aquecimento acima do normal das águas superficiais do Oceano Pacífico Equatorial, que se estende desde a costa oeste da América do Sul (próximo ao Peru e Equador) até aproximadamente a Linha Internacional de Data (longitude de 180°). Este aquecimento anormal é geralmente observado no mês de dezembro, ou seja, próximo ao Natal. Dependendo da intensidade e duração do aquecimento da água do mar, os episódios de El Niño podem 44

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Região Norte Nesta região, o El Niño provoca redução de chuvas nos setores norte e leste da Amazônia. Uma das consequências deste efeito é o aumento significativo dos incêndios florestais.

Colômbia, Venezuela, Suriname, Guiana e Guiana Francesa 0º As chuvas nestas regiões são reduzidas, com excecão da costa da Colômbia, que recebe chuvas intensas durante o verão (dez.-mar.).

Região Nordeste Em anos de El Niño são esperadas secas de diversas intensidades durante a estação chuvosa, de fevereiro a maio, na faixa centro-norte da região. Algumas áreas, como sul e oeste do Nordeste, não são afetadas significativamente.

Equador, Peru, Bolívia e Chile Na costa ocidental da América do Sul, as chuvas se concentram nos meses de verão (dez.-mar.), principalmente na costa do Equador e norte do Peru, enquanto nas regiões central e sul do Chile os maiores índices pluviométricos ocorrem nos meses de inverno (jun.-set.). Por outro lado, nas regiões andinas do Equador, Peru e Bolívia, observa-se redução das precipitações.

Região Centro-Oeste As precipitaçõesa desta região não apresentam alterações muito evidentes; contudo, existe uma tendência de que essas chuvas fiquem acima da média histórica, com temperaturas mais altas no sul do Mato Grosso.

Região Sudeste O padrão das chuvas na região Sudeste não sofre alterações durante um evento de El Niño; contudo, é observado um aumento moderado das temperaturas durante o inverno.

Argentina, Paraguai e Uruguai Nestas regiões, durante um episódio de El Niño, as precipitações ficam acima da média climatológica, principalmente na primavera (set.-dez.) e verão (dez.-mar.).

Região Sul Nesta região, as precipitações são abundantes, principalmente na primavera (set.-dez.) e nos meses de maio a julho. Aumento da temperatura do ar é observado.

N

0

MARIO YOSHIDA

ser classificados como fracos, moderados e fortes. Normalmente eles ocorrem em intervalos irregulares de 3, 7 e 12 anos, podendo durar de 12 a 18 meses. A figura 2.18 ilustra os efeitos causados pelo El Niño em todo o continente Sul-americano.

500 km

Figura 2.18. Efeitos do fenômeno El Niño na América do Sul. Fonte: Centro Estadual de Meteorologia da Bahia.

Circulação de Grande Escala durante o fenômeno El Niño A Circulação de Grande Escala é responsável por todo o clima na Terra. É esta circulação que transporta calor e umidade de uma região para outra, ou seja, retira a umidade de uma região como os oceanos e florestas e provoca chuvas em outras, a exemplo do Nordeste do Brasil. Com a ocorrência do fenômeno El Niño a Circulação de Grande Escala é modificada, provocando mudanças no clima em diferentes regiões do Planeta, como aumento no volume das chuvas na costa do Peru e sul do Brasil e secas nas regiões Norte e Nordeste do Brasil. (...) anomalias climáticas associadas ao fenômeno El Niño são desastrosas e provocam sérios prejuízos socioeconômicos e ambientais.

O que é La Niña? La Niña representa um fenômeno oceânico-atmosférico com características opostas ao El Niño, ou seja, apresenta um esfriamento anormal nas águas superficiais do Oceano Pacífico Tropical. Este termo La Niña (que quer dizer “a menina”, em espanhol) também pode ser chamado de episódio frio, ou ainda El Viejo (“o velho”, em espanhol). Algumas pessoas chamam o La Niña de anti-El Niño, porém como El Niño se refere ao menino Jesus, o anti-El Niño seria então o Diabo e, portanto, esse termo é pouco utilizado. O termo mais utilizado hoje é: La Niña. (...) Em geral, os episódios La Niña também têm frequência de ocorrência em torno de 2 a 7 anos e seus episódios têm periodicidade de aproximadamente 9 a 12 meses. Alguns poucos episódios persistem por mais que 2 anos. (...) Texto extraído de: <www.inga.ba.gov.br/cemba/modules/conteudo/index.php?content_id=76> e <www.inga.ba.gov.br/cemba/modules/conteudo/index.php?content_id=75>. Acessos em: dez. 2009.

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Ecologia Urbana

Quando pensamos em Ecologia, podemos associar uma ideia errônea de que essa ciência se preocupa apenas com os ambientes não urbanos. Há, no entanto, uma área dentro da Ecologia que se chama Ecologia Urbana. Para falar um pouco sobre esse importante assunto, selecionamos trechos de um artigo escrito por Claudia Maria Jacobi, professora e pesquisadora da Universidade Federal de Minas Gerais. Sugerimos sua leitura na íntegra, pois os trechos aqui selecionados se referem somente a conteúdos mais próximos aos abordados no capítulo.

O sistema urbano é um ecossistema?

Alguns consideram as cidades como ecossistemas por estarem sujeitas aos mesmos processos que operam em sistemas silvestres. Outros argumentam que, a despeito de as cidades possuírem algumas características encontradas em ecossistemas naturais, não podem ser consideradas ecossistemas verdadeiros, devido à influência do homem. O fato é que se definirmos ecossistema como um conjunto de espécies interagindo de forma integrada entre si e com o seu ambiente as cidades certamente se encaixam nessa definição. As grandes cidades e outras áreas povoadas estão repletas de organismos. O construtor destes hábitats artificiais é o homem, mas uma infinidade de outras criaturas aproveitam e se adaptam a esses novos hábitats recém-criados. Os organismos urbanos, incluindo o homem, também se relacionam com outros organismos e essas interações podem ser estudadas, sob o ponto de vista conceitual, da mesma forma que relações ecológicas de ecossistemas naturais. (...)

O microclima urbano As estruturas urbanas e a densidade e atividade dos seus ocupantes criam microclimas especiais. A pedra, o asfalto e outras superfícies impermeáveis que substituem a vegetação têm uma alta capacidade de absorver e reirradiar calor. A chuva é rapidamente escoada antes que a evaporação consiga esfriar o ar. O calor produzido pelo metabolismo dos habitantes e aquele gerado pelas indústrias e veículos ajudam a aquecer a massa de ar. Estas atividades também liberam na atmosfera vapor, gases e partículas em grandes quantidades. Estes processos geram uma região de calor sobre as cidades onde a temperatura pode ser até 6 ºC mais alta do que no ambiente circundante. Este fenôme-

46

no é mais marcante no verão em áreas temperadas, quando os prédios irradiam o calor absorvido. As cidades recebem menos radiação solar que áreas rurais adjacentes pois parte desta é refletida por uma camada de vapor, dióxido de carbono e matéria particulada. Esta mesma camada faz com que a radiação emitida pelo solo seja refletida de volta para a Terra. As partículas no ar agem também como núcleos de condensação de umidade, produzindo um nevoeiro conhecido como smog (do inglês smoke + fog = fumaça + nevoeiro), a principal forma de poluição do ar. (...) Grandes cidades geralmente sofrem diariamente as consequências do smog. Aquelas sujeitas a smog industrial são chamadas de cidades de ar cinza e caracterizadas por um clima temperado, com invernos frios e úmidos. (...) As cidades sujeitas a smog fotoquímico (de ar marrom) geralmente têm clima mais quente e seco, e a maior fonte de poluição é a combustão incompleta de derivados de petróleo, o que favorece a formação de dióxido de nitrogênio, um gás amarelado. Na presença de raios ultravioleta este gás reage com hidrocarbonetos, formando uma série de poluentes gasosos conhecidos como oxidantes fotoquímicos. A maioria das grandes cidades sofre de ambos os tipos de smog. (...)

Problemas ecológicos das grandes áreas urbanas Alguns dos aspectos (...), como a importação de alimento e energia, são comuns a qualquer centro urbano, independentemente do seu tamanho. Outros, no entanto, acontecem de forma problemática somente nas grandes cidades. Entre estes últimos, foram mencionados a poluição do ar e o destino dos resíduos sólidos. A construção desordenada em áreas de risco e as deficiências no saneamento básico também afetam de modo mais drástico as grandes cidades. (...) Devido à forte ligação dos organismos urbanos com o homem, é necessário um envolvimento mais efetivo das ciências naturais com as sociais para integrar os conceitos ecológicos ao processo de planejamento urbano. (...)

Ecologia urbana, de Claudia Maria Jacobi, Instituto de Biociências/UFMG. Disponível em: <www.icb.ufmg.br/big/beds/arquivos/ ecourbana.pdf>. Acesso em: ago. 2012.

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1. Tomando por base esse texto e outras fontes de consulta sobre o tema Ecologia Urbana, analise a cidade onde mora e procure investigar se a temperatura do ar é mais alta em áreas com muitas construções e ruas asfaltadas, sem arborização, do que em áreas arborizadas. Explique seus dados. 2. Cite o nome de animais que vivem na sua cidade. Esses animais foram introduzidos pelas pessoas que aí vivem ou são animais que também ocorrem nos arredores da cidade? Para cada animal que você citou, diga como ele obtém alimento. 3. Consulte em diferentes fontes, textos que enumerem alguns problemas comuns nas grandes cidades (qualidade e distribuição de água, destinação dos esgotos, coleta e destinação do lixo, poluição do ar, transporte, distribuição de alimentos, entre outros). Reflita sobre o que você proporia para resolver esses problemas se fosse vereador de sua cidade. Para isso, certifique-se de que você sabe qual é o papel do vereador. Em seguida, faça um levantamento dos problemas que sua cidade enfrenta quanto aos aspectos listados no texto e pense em soluções. Essas questões têm como objetivo maior trabalhar temas de ética e cidadania com os alunos, trazendo assuntos de política pública do local onde eles vivem. Aproveite a oportunidade para evidenciar como os conhecimentos científicos são importantes para todos, desde os políticos até os cidadãos comuns. Um texto interessante está disponível no site: <www.fvhd.org.br/forum/topics/programa-5-ecologia-urbana-o>. Acesso em maio 2013.

Retome suas respostas para as questões da seção Pense nisso e procure reavaliá-las. Como deve variar o clima ao longo do ano no Atol das Rocas? Como você explicaria as diferenças e as semelhanças entre o clima do atol e o da sua cidade?

Professor(a), veja no Manual as competências estabelecidas pelos PCNEM que podem ser encontradas nas atividades a seguir.

Atividade 1: Aquecimento global – abordagem histórica em diferentes escalas temporais

Habilidades do Enem: H1, H3, H4, H21, H22, H24, H26, H27.

Analise os gráficos a seguir, lendo atentamente a legenda de cada um deles, e resolva as questões propostas.

Gráfico 1

a) Com as informações do gráfico 1, responda: CO2 atmosférico (ppm)

6 000

Temperatura global média (ºC)

CONCEITOGRAF

7 000

• aproximadamente por quantos anos a temperatura global média esteve acima de 20 ºC? E abaixo de 14 ºC?

5 000 4 000 3 000

22

2 000

17

1 000

12 600

500

400

300

200

100

0

Temperatura (ºC)

CO2 atmosférico (ppm)

8 000

Tempo (milhões de anos atrás)

Fonte: <www.lakepowell.net/sciencecenter/paleoclimate.htm>. Acesso em: ago. 2012. Temperatura global média e concentração atmosférica de gás carbônico estimadas para o período entre cerca de 600 milhões de anos e os tempos recentes. A temperatura média nos dias atuais é de cerca de 14 ºC.

• qual foi a temperatura média mais baixa estimada para os últimos 600 milhões de anos? E a mais alta? Compare esses valores com a temperatura atual. b) Há fortes evidências de que a maior extinção em massa da Terra ocorreu há 250 milhões de anos, com o desaparecimento de 95% das espécies viventes (extinção do Permiano). Identifique esse período no gráfico e descreva o que ele tem de excepcional. Como essa grande extinção poderia estar relacionada ao que você observou no gráfico? Para responder a essa pergunta, faça uma pesquisa sobre essa extinção e suas possíveis causas. Esse tema será detalhado no capítulo 7. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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— Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

350

+6 +4 +2

CO2 (ppm)

300

0 –2

250

–4 –6

200

–8 150 450

400

350

300 250 200 150 Tempo (em mil anos atrás)

100

50

Diferença de temperatura (ºC)

CONCEITOGRAF

Gráfico 2

–10

0

Registro de temperaturas (azul) obtido com base no estudo do gelo da estação de pesquisas de Vostok, juntamente com as concentrações estimadas de CO2 (vermelho), ao longo dos últimos 450 mil anos. O padrão periódico (ou cíclico) é relacionado com características da órbita terrestre ao redor do Sol e com a inclinação do eixo de rotação da Terra. Os valores na escala da temperatura representam as diferenças em relação à média da temperatura para o período compreendido entre 1960 e 1990. O valor zero do gráfico representa, assim, apenas o referencial e não indica que a temperatura média nesse período tenha sido zero. Os demais valores foram calculados para podermos comparar quanto a temperatura já foi maior (+) ou menor (–) que a média de 1960-1990. O mais recente máximo de expansão das calotas polares ou glaciação ocorreu há cerca de 18 mil anos; a partir daí, está havendo retração das calotas polares.

Fonte: <www.brighton73.freeserve.co.uk/gw/paleo/paleoclimate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

No gráfico 2, é possível perceber um padrão que se repete nos últimos 450 mil anos: depois de um brusco aumento da temperatura, da ordem de 10 ou 11 ˚C, segue-se uma tendência decrescente. a) Qual é, aproximadamente, a periodicidade desse padrão de oscilação? b) De acordo com o gráfico, a temperatura atual está dentro desse padrão? — Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

350

+6 +4 +2

CO2 (ppm)

300

0 –2

250

–4 –6

200

–8 150

20

18

16

14

12 10 8 6 Tempo (em mil anos atrás)

4

2

0

Diferença de temperatura (ºC)

CONCEITOGRAF

Gráfico 3

–10

Fonte: <www.brighton73.freeserve.co.uk/gw/paleo/paleoclimate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

Este gráfico mostra em maior detalhe o registro de temperaturas (azul) obtido com base nos estudos do gelo de Vostok (Antártida), juntamente com as concentrações estimadas de CO2 (vermelho), ao longo dos últimos 20 mil anos. A linha vermelha, quase vertical no extremo direito do gráfico, corresponde ao forte aumento da concentração de CO2 verificado desde a Revolução Industrial. A linha horizontal corresponde aos valores médios da temperatura no período entre 1960 e 1990 (os valores negativos na escala da temperatura representam temperaturas abaixo da média, enquanto os positivos, acima da média). Em uma escala de tempo maior, em cerca de 90% dos últimos 2 milhões de anos, as superfícies geladas foram mais extensas que hoje. Por outro lado, todo esse tempo foi relativamente curto se compararmos com o longo período de quase 200 milhões de anos que o precedeu, durante o qual a temperatura foi mais alta do que é hoje (estima-se que, na época dos dinossauros, por exemplo, o Oceano Ártico era entre 10 e 15 ºC mais quente, podendo ter chegado a 20 ºC).

Com a análise do gráfico 3, você vê uma tendência de aquecimento no correspondente aos últimos 10 ou 11 mil anos? Explique sua resposta. Gráfico 4 350

— Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

+1,0 +0,5

CO2 (ppm)

330 310

0,0

290 –0,5

270 250

–1,0

230 210 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 Tempo (anos atrás)

48

600

400

200

0

–1,5

Diferença de temperatura (ºC)

CONCEITOGRAF

370

Reconstrução paleoclimática referente aos últimos 2 mil anos (feita em 2005). A linha horizontal corresponde à média para o período de 1960-1990 (os valores na escala de temperatura representam as diferenças em relação a essa média). As duas curvas de teor de CO2 superpostas correspondem a estimativas por diferentes métodos. Pela proximidade delas no período entre 400 e 1 000 anos atrás, a análise pode ser feita no conjunto.

Fonte: <www.brighton73.freeserve.co.uk/gw/paleo/ paleoclimate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

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a) Descreva o que ocorreu com a temperatura global aproximadamente entre os anos 1000 e 1600, mostrada no gráfico 4. b) A variação foi da ordem de quantos graus? c) Quando ocorreram as mais altas temperaturas dos últimos 2 mil anos?

CONCEITOGRAF

Gráfico 5

Gráfico mostrando a variação da temperatura nos últimos 150 anos. Neste gráfico, a linha horizontal representa a temperatura média do período entre 1960 e 1990; os pontos abaixo dessa linha correspondem a anos mais frios, enquanto os pontos acima dessa linha representam anos mais quentes. Fonte: <www.global-warming-and-the-climate.com/ images/150-yr-global-temperatures.gif>. Acesso em: ago. 2012.

Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990

a) Considerando apenas um período mais recente, já depois da Revolução Industrial, e tomando por base o gráfico 5, qual foi a diferença da temperatura global em graus Celsius entre os anos de 1860 e 2004? b) Em sua opinião, esse aumento foi grande? E a variação foi rápida ou lenta? Explique sua resposta.

500

5 4 3 2 1

CO2 atmosférico (ppm)

População mundial (bilhões)

360 400 340 300

CO2

320 200

População mundial

300 100 280

Consumo mundial de energia

0 1720

1760

1800

1840

1880 Ano

1920

1960

2000

Consumo mundial de energia (x1018 J)

CONCEITOGRAF

Gráfico 6

Gráfico com curvas dos teores de gás carbônico ao longo dos últimos três séculos, do tamanho da população humana mundial e do consumo mundial de energia.

Analise o gráfico 6 e compare-o com os anteriores. a) Comparando a variação da temperatura e a variação da concentração de gás carbônico no ar (gráficos 2 a 4, 5 e 6), é possível afirmar que, de modo geral, as variações de temperatura seguem as variações no teor de gás carbônico? b) A julgar pelo teor de gás carbônico na atmosfera atual, é correto estimar que brevemente registraremos as mais altas temperaturas dos últimos 450 mil anos? Podemos dizer o mesmo considerando os últimos 600 milhões de anos? c) Analisando as informações dos gráficos 5 e 6, como se explicaria a variação da temperatura a partir da década de 1930? Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Atividade 2: Correntes oceânicas e padrões térmicos globais Habilidades do Enem: H1, H3, H9, H12, H17, H20. Nesta atividade, vamos explorar padrões térmicos globais e sua relação com uma propriedade importante da água, que é sua capacidade térmica. Essa propriedade física é o que torna as massas de água boas transportadoras de calor. Note que estamos tratando de propriedades do meio que explicam aspectos do ambiente, o qual, como sabemos, estabelece a natureza dos processos ecológicos. Física, Química, Biologia, Geografia e outras disciplinas são indissociáveis quando se quer explicar certos padrões naturais. Avalie a possibilidade de trabalhar com seu colega de Física para montar uma demonstração experimental que evidencie o transporte de calor por fluxo de massa utilizando a água.

Observe os mapas a seguir, referentes às temperaturas da superfície da água dos oceanos (A) e às temperaturas atmosféricas (B). Nas duas figuras, o vermelho e o amarelo representam temperaturas mais altas; o verde, intermediárias; o azul e o púrpura, as mais baixas. 70

ALEX SILVA

A

50 30 10 0º –10 –30 0

2 750 km

–50 –70 –180

–160

–140

–120

–100

–80

–60

–40

–20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Temperatura da superfície oceânica (ºC)

–1,5

2,5

6,8

11,0

15,1

19,3

23,4

27,6

31,7

Fonte: <www.osdpd.noa.gov/data/sst/contour/global100.cf.gif>. Acesso em: set. 2012.

ALEX SILVA

B

0

2 560 km

Temperatura atmosférica (ºC) –10

0

10

20

30

Fonte: <www.uwsp.edu/geo/faculty/ lemke/geog/01/lecture_outlines/04_ global_temp_patterns.html>. Acesso em: ago. 2012.

Imagens de satélite mostrando as temperaturas da superfície da água dos oceanos (A) e as temperaturas atmosféricas (B), ambas relativas ao mês de janeiro, em escala global. (Cores-fantasia.)

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Para responder às questões a seguir, compare as imagens anteriores com o mapa das principais correntes oceânicas de superfície que apresentamos neste capítulo. a) Que diferença há na temperatura da superfície do oceano quando se compara o lado leste com o lado oeste da América do Sul e da África na latitude do Trópico de Capricórnio? E entre a Inglaterra e a costa leste do Canadá? Como se explicam as diferenças encontradas? b) Há alguma correspondência entre o padrão de temperaturas da água oceânica superficial e da atmosfera sobre os oceanos? Como isso pode ser explicado? c) Como você explicaria o fato de que, ao longo do Círculo Polar Ártico, o norte da Europa é mais quente que o norte do Canadá?

Atividade 3: El Niño e o clima global

Habilidades do Enem: H1, H2, H9, H10, H17, H20, H21.

Analise os mapas, referentes ao padrão térmico das águas superficiais no mês de setembro em 1997 (mapa A) e 1999 (mapa B). Na escala de cores, os números mostram a diferença entre a temperatura em cada local dos oceanos e a temperatura média histórica correspondente (anomalia de temperatura). a) Considerando apenas o Oceano Pacífico ao longo da linha do equador, descreva as diferenças nos mapas A e B quanto às temperaturas nas regiões assinaladas com X e Y. 50ºN

ALEX SILVA

A

40ºN 30ºN 20ºN 10ºN

X

Y

10ºS 20ºS 30ºS 40ºS

0

2 400 km

0

2 400 km

50ºS

B

50ºN 40ºN 30ºN 20ºN 10ºN

X

Y

10ºS 20ºS 30ºS 40ºS 50ºS Escala de cores

–3,5

–3

–2

–1,5

–1

–0,5

0,5

1

1,5

2

3

3,5

4

4,5

Planisférios da Terra mostrando anomalias de temperatura (ºC) da superfície do mar em 1997 (A) e 1999 (B). As linhas horizontais são paralelos de 10º em 10º de latitude, ao norte e ao sul do equador. As linhas verticais são meridianos de 60º em 60º a leste e a oeste do meridiano de Greenwich, que passa na Inglaterra. (Cores-fantasia.)

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Agora, observe os esquemas abaixo, referentes à circulação vertical de ar ao longo do equador em duas situações diferentes (I e II). ALEX SILVA

Situação I

Situação II

Esquemas demonstrando a circulação atmosférica de grande escala em duas situações distintas (I e II). (Cores-fantasia.) Dados disponíveis em: <www.inga.ba.gov.br/cemba/modules/conteudo/index.php?content_id=75> e <www.inga.ba.gov.br/cemba/modules/conteudo/index.php?content_id=76>. Acessos em: jul. 2010.

b) Qual das duas situações (I ou II) se relaciona com o mapa A? E com o mapa B? Justifique sua resposta. c) Qual mapa (A ou B) e situação (I ou II) corresponde ao El Niño? E à La Niña? Justifique sua resposta. d) Por que o aumento no volume de chuvas acontece em locais diferentes dependendo de se tratar do El Niño ou da La Niña? Quais são esses locais, respectivamente? e) Quais as consequências do El Niño no clima de sua região? Pesquise sobre isso neste livro e em outras fontes confiáveis de consulta para responder.

1.

(UFPI) Na atmosfera terrestre, a uma altitude de mais ou menos 30 km, existe uma camada de gás ozônio (O3). Esse gás se forma espontaneamente a partir da decomposição do oxigênio (O2) sob ação da radiação ultravioleta do Sol. Esta camada de ozônio tem importante papel para os seres vivos porque: I. Absorve os raios ultravioleta danosos presentes na radiação solar, diminuindo sua incidência na superfície. II. Protege os animais contra o câncer e prejuízos à visão. III. Protege o planeta contra as chuvas ácidas. Indique a alternativa correta. a) Apenas I está correta. b) Apenas II está correta.

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c) Apenas III está correta. d) Apenas I e II estão corretas. X e) Apenas II e III estão corretas.

2. (Enem)

As cidades industrializadas produzem grandes proporções de gases como o CO2, o principal gás causador do efeito estufa. Isso ocorre por causa da quantidade de combustíveis fósseis queimados, principalmente no transporte, mas também em caldeiras industriais. Além disso, nessas cidades concentram-se as maiores áreas com solos asfaltados e concretados, o que aumenta a retenção de calor, formando o que se conhece por “ilhas de calor”. Tal fenômeno ocorre porque esses materias absorvem o calor e o devolvem para o ar sob a forma de radiação térmica.

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(02) no dia 21 de março nós temos o equinócio de primavera para o hemisfério Sul e o equinócio de outono para o hemisfério Norte. (04) nos dias 21 de junho e 21 de dezembro ocorrem os dias de solstício, ou seja, quando há máxima desigualdade na distribuição de luz e calor entre os hemisférios. X (08) os dias 21 de março e 23 de setembro, também conhecidos como equinócio, são os dias do ano em que os raios solares estão distribuindo de forma equitativa luz e calor para os dois hemisférios. X (16) no dia 21 de junho temos o solstício de verão no hemisfério Norte e o solstício de inverno no hemisfério Sul. X Resposta: 28 (04 + 08 + 16)

Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito estufa e das “ilhas de calor”, espera-se que o consumo de energia elétrica: a) diminua devido à utilização de caldeiras por indústrias metalúrgicas. b) aumente devido ao bloqueio da luz do Sol pelos gases do efeito estufa. c) diminua devido à não necessidade de aquecer a água utilizada em indústrias. d) aumente devido à necessidade de maior refrigeração de indústrias e residências. X e) diminua devido à grande quantidade de radiação térmica reutilizada.

(32) no solstício de inverno, no hemisfério sul, ocorre o dia mais longo e a noite mais curta do ano.

3. (UEM) Os fenômenos El Niño e La Niña promovem pertur-

bações climáticas em várias partes do mundo, afetando o ritmo das atividades sociais e econômicas nos locais mais intensamente atingidos pelos seus efeitos. Sobre esses fenômenos climáticos, é correto afirmar que: (01) o fenômeno La Niña é provocado pelo intenso resfriamento produzido pela corrente do Golfo no Atlântico Norte. (02) o El Niño é produzido pelo aquecimento excepcional das águas do oceano Pacífico provocado pela passagem da corrente quente de Humboldt. (04) o fenômeno La Niña provoca redução de chuvas no Sul do Brasil e aumenta a pluviosidade do Nordeste. X (08) o El Niño é um fenômeno climático periódico que ocorre em intervalos variados. X (16) o El Niño provoca chuvas intensas no Sul e Sudeste do Brasil, mas diminui a chuva no Leste da Amazônia e agrava a seca no Nordeste. X

5.

(Enem) O controle biológico, técnica empregada no combate a espécies que causam danos e prejuízos aos seres humanos, é utilizado no combate à lagarta que se alimenta de folhas de algodoeiro. Algumas espécies de borboleta depositam seus ovos nessa cultura. A microvespa Trichogramma sp. introduz seus ovos nos ovos de outros insetos, incluindo os das borboletas em questão. Os embriões da vespa se alimentam do conteúdo desses ovos e impedem que as larvas de borboleta se desenvolvam. Assim, é possível reduzir a densidade populacional das borboletas até níveis que não prejudiquem a cultura. A técnica de controle biológico realizado pela microvespa Trichogramma sp. consiste na a) introdução de um parasita no ambiente da espécie que se deseja combater. X

Resposta: 28 (04 + 08 + 16)

4. (UFMS) A Terra possui uma inclinação de 23º 27’ em seu

b) introdução de um gene letal nas borboletas, a fim de diminuir o número de indivíduos.

eixo, em relação ao plano da órbita. Tal inclinação, associada ao seu movimento de rotação e translação, propicia a incidência dos raios solares de maneira diferente sobre o globo terrestre. Sobre o movimento de translação identificado no esboço abaixo, é correto afirmar que

c) competição entre a borboleta e a microvespa para a obtenção de recursos.

CONCEITOGRAF

d) modificação do ambiente para selecionar indivíduos melhor adaptados. e) aplicação de inseticidas a fim de diminuir o número de indivíduos que se deseja combater.

6.

(Enem) Sabe-se que uma área de quatro hectares de floresta, na região tropical, pode conter cerca de 375 espécies de plantas enquanto uma área florestal do mesmo tamanho, em região temperada, pode apresentar entre 10 e 15 espécies. O notável padrão de diversidade das florestas tropicais se deve a vários fatores, entre os quais é possível citar a) altitudes elevadas e solos profundos. b) a ainda pequena intervenção do ser humano.

(01) o movimento de translação é o movimento que a Terra realiza em torno de um eixo imaginário que a atravessa de polo a polo.

c) sua transformação em áreas de preservação. d) maior insolação e umidade e menor variação climática. X e) alternância de períodos de chuvas com secas prolongadas. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

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Biologia sônia lopes 1  

LIVRO DE BIOLOGIA - VOL 1 - SÔNIA LOPES & SERGIO ROSSO

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