SEMINÁRIO EM VÍDEO (CICLOS BIOGEOQUÍMICOS)

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS

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ORIGEM DA VIDA 1

ORIGEM DA VIDA 1- 

ABIOGÊNESE X BIOGÊNESE

A biogênese surgiu para contrapor a ideia de abiogênese, que sugeria que um ser vivo poderia surgir de matéria bruta.

ABIOGÊNESE

A teoria da abiogênese ou teoria da geração espontânea explica a origem da vida a partir da matéria bruta, ou seja, de uma matéria sem vida.Um dos exemplos clássicos dessa teoria é a crença de que camisas sujas poderiam dar origem a ratos. 

Essa teoria era aceita até meados do século XIX e representava o pensamento em uma época que poucos recursos tecnológicos existiam. Até esse momento não se tinha conhecimento de células, gametas e, muito menos, de mecanismos evolutivos e genéticos. Assim sendo, toda teoria era criada apenas a partir de observações dos acontecimentos do dia a dia. 

BIOGÊNESE

 

A teoria da biogênese, por sua vez, surgiu para contrapor a ideia de que a matéria bruta poderia originar um novo ser. Segundo a biogênese, todos os seres vivos são originados de outros seres vivos preexistentes, ou seja, um rato não pode nascer a não ser de outro rato. Espécies de anfíbios e répteis só podem nascer de espécies preexistentes desses animais.

Para refutar a teoria da abiogênese, diversos pesquisadores dedicaram anos de estudo para a compreensão dessa questão. Os estudos mais marcantes realizados para explicar a biogênese foram feitos por Francesco Redi e Pasteur. 

Um dos primeiros experimentos foi realizado por Francesco Redi. Esse pesquisador colocou carne no interior de frascos cobertos com gaze e em frascos descobertos. Com o tempo, larvas surgiram no frasco aberto, mas nada aconteceu no frasco fechado. Redi percebeu a visitação de moscas nos frascos abertos, o que sugeria que provavelmente as larvas eram alguma fase de vida desse animal e não que as larvas surgiam a partir da carne. Esse experimento foi, sem dúvidas, um grande avanço para a aceitação da biogênese.

Com o descobrimento de seres microscópicos, começou-se a considerar novamente a ideia da abiogênese por parte de alguns pesquisadores. Iniciaram-se, então, vários outros estudos para compreender a origem desses seres. Entre esses pesquisadores, destacou-se Louis Pasteur.

O experimento de Pasteur foi feito a partir de um caldo nutritivo em um frasco de vidro. Posteriormente, o gargalo foi esticado (frasco tipo “pescoço de cisne”) e o caldo nutritivo foi fervido para matar todos os micro-organismos. Com o tempo, observou-se que nada surgia no interior do frasco. Entretanto, após a quebra do gargalo, houve a proliferação de micro-organismos. Isso sugeria que no ar existiam micro-organismos que, em contato com o líquido, desenvolviam-se.

A partir desses experimentos, a teoria da abiogênese caiu em descrédito e a biogênese foi aceita pelos cientistas. Entretanto, apesar de sabermos que um ser vivo surge de outro, a biogênese não explica o surgimento do primeiro ser vivo. 

ESPECIAÇÃO

ESPECIAÇÃO

As especiações podem ser entendidas como processos que levam à formação de novas espécies. Elas ocorrem em virtude das diferenças surgidas no genoma de populações diferentes de uma mesma espécie que ocasionaram o isolamento reprodutivo e, consequentemente, o aparecimento de duas espécies diferentes. O isolamento reprodutivo consiste na incapacidade de os indivíduos trocarem os genes através do cruzamento.

Podemos dividir a especiação em três tipos básicos, tendo em vista aspectos geográficos: especiação alopátrica, especiação simpátrica e especiação peripátrica. 

Especiação Alopátrica: A especiação alopátrica diz respeito àespeciação por isolamento geográfico. Nesse caso, temos uma barreira física ou uma grande distância (barreira geográfica) que surge impedindo o contato entre indivíduos que anteriormente eram de uma mesma população. Essa separação faz com que os indivíduos sejam impedidos de acasalar-se, levando a uma diminuição do fluxo gênico. Por sofrerem pressões seletivas distintas, observam-se mudanças nesses organismos, além de poderem surgir mecanismos de isolamento reprodutivo, levando à especiação. Esse tipo de especiação é o modelo mais aceito para o surgimento de novas espécies animais.  

Especiação Simpátrica: é aquela que ocorre sem que haja separação geográfica. Nesse caso, duas populações de uma mesma espécie vivem em uma mesma área, mas não ocorre cruzamento entre as populações. É comum observar que alguma modificação genética impediu esse intercruzamento, gerando assim diferenças que levarão à especiação.  É uma das especiações mais raras.

Acredita-se que a especiação simpátrica seja responsável pela grande quantidade de espécies de peixes ciclídeos encontrados no lago africano Victoria. Segundo alguns pesquisadores, o lago foi colonizado por apenas uma espécie ancestral. 

   

Especiação Peripátrica: ocorre quando duas populações de uma mesma espécie diferenciam-se e ocupam áreas contíguas, mas ecologicamente distintas. Por estarem em áreas de contato, é possível o intercruzamento, que acaba gerando híbridos. Essas áreas são chamadas de zona híbrida e acabam se tornando uma barreira ao fluxo gênico entre as espécies que estão se formando.

Podemos citar como exemplo de especiação parapátrica o caso da grama Anthoxanthum. Parte dessa espécie diferenciou-se graças à presença de metais no solo, passando a ter floração em época diferente, o que impossibilitou o cruzamento com a população original. 

EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS

EVIDÊNCIAS EVOLUTIVAS 

A teoria da evolução postula que todas as formas de vida que conhecemos atualmente surgiram a partir do processo de descendência com modificação a partir de um mesmo ancestral comum. Embora sempre tenha havido muita polêmica em torno desta teoria, hoje ela é sustentada por inúmeras evidências. 

Fósseis

O registro fóssil é uma fonte importante de evidências da evolução. Comparando as características dos organismos atuais com as dos que viveram no passado é possível verificar que mudanças evolutivas ocorreram em diversos organismos e que muitas espécies foram extintas. Além disso, o registro fóssil demonstra a origem de grande parte dos novos grupos de organismos. Isso não é um processo que ocorreu somente no passado e não podemos observar. Os seres vivos continuam evoluindo mesmo que não possamos observar diretamente. Em sua menor escala, a evolução consiste na mudança na frequência de alelos nas populações ao longo das gerações e há diversos estudos de genética que demonstram que essas mudanças continuam ocorrendo.

Evidências anatômicas

As semelhanças que podemos observar entre diferentes tipos de organismo também são evidências da teoria da evolução. Estruturas análogas, que possuem origem embrionária diferente mas desempenham funções similares, são exemplos claros de que pressões seletivas similares são capazes de produzir adaptações similares. As asas de aves e insetos, por exemplo, são análogas.

Por outro lado, estruturas homólogas, que são aquelas que possuem a mesma origem embrionária, mas que desempenham diferentes funções, são evidências da ancestralidade comum. Um exemplo deste tipo de estrutura são os membros dos tetrápodes.

Evidências moleculares

Em nível molecular, o fato de todos os seres vivos utilizarem o mesmo código genético representa mais uma evidência de que a vida na Terra evoluiu a partir de um ancestral único. Ainda, a molécula ATP como fonte de energia é usada por toda forma de vida existente. 

SELEÇÃO NATURAL 

A seleção natural é um dos mecanismos fundamentais da evolução.

Essa teoria evolutiva foi formulada pelo naturalista Charles Darwin (1809-1882). A seleção natural afirma que as características vantajosas de uma população para um determinado ambiente são selecionadas e contribuem para a adaptação e sobrevivência das espécies.

A seleção natural ocorre pela necessidade de sobrevivência e adaptação das espécies ao ambiente.

É através dela que as espécies mais adaptadas persistem no ambiente. Os indivíduos com características mais adequadas para um determinado ambiente são mais propensos a sobreviver e se reproduzir.

Assim, as características vantajosas dentro de uma população são passadas para a geração seguinte. Os indivíduos menos adaptados não se reproduzem, fazendo com que uma característica desvantajosa torne-se cada vez mais rara. 

A seleção natural é um processo lento e gradual. Porém, atua de modo permanente nas populações.

Isso porque ela promove variação nas características de uma população, como tamanho, peso ou coloração. Aquelas características vantajosas são mantidas e repassadas aos descendentes, enquanto as desfavoráveis são eliminadas.

Além disso, ela não atua de modo isolado no processo evolutivo. A seleção natural e a mutação são os principais fatores responsáveis pela evolução das espécies.

EXEMPLOS:

• Seleção direcional: A seleção direcional favorece um único fenótipo e nesse tipo de seleção o alelo mais vantajoso aumenta de freqüência, ao longo das gerações a seleção direcional age sobre fenótipos homozigotos. O alelo não tem que ser necessariamente dominante, o alelo recessivo também poderá ser fixado na população.
  Esse tipo de seleção ocorre freqüentemente em mudanças ambientais e quando ocorre migração de populações para novas áreas que possuem diferentes pressões ambientais. Nota-se o uso de seleção direcional na genética quantitativa, visto que ela demonstra em mudança de direção na média da população ao longo do tempo em características contínuas. Pode-se citar como exemplo a pesca do salmão rosa,o desenvolvimento de resistência de bactérias aos antibióticos, resistência de insetos a inseticida, no tamanho corporal de peixes e entre outros.
  
• Seleção estabilizadora: É um tipo de seleção natural em que a diversidade genética diminui quando a população estabiliza num valor de determinada característica em particular. Dito de outra maneira, valores extremos da característica são seleccionadas contra. Um exemplo de selecção estabilizadora é a selecção contra mudanças no tamanho dos bebês humanos. Antigamente, a taxa de mortalidade infantil no parto era grande. Agora, além dos avanços médicos e tecnológicos de nossa sociedade podemos observar uma estabilidade no tamanho dos bebés recém-nascidos.
  Este tipo de seleção tende a manter a população constante ao longo do tempo. Ou seja, os membros com características médias - mais encontradas - dentro da população tem maior aptidão do que aqueles com características extremas. 

Seleção disruptiva: 

É um tipo de seleção natural, que apresenta um padrão bimodal, que simultaneamente favorece os indivíduos nos extremos da distribuição individual. Quando este processo opera, os indivíduos nos extremos da distribuição (em menor quantidade) tendem a produzir maior decadência do que aqueles no centro da distribuição. Na seleção disruptiva os fenótipos extremos são beneficiados ao longo do tempo. Por exemplo, em algumas aves podemos ter três tipos de bicos: adaptado a captura de vermes (bico longo e pontiagudo), bico curto e resistente para quebrar sementes duras e bico intermediário adaptado a consumir frutos. Se nesse ambiente o fotoperíodo das plantas frutíferas não induzir a floração ou se houver um desmatamento das árvores produtoras de frutos consumidos pelas aves de bico intermediário, a frequência das mesmas irá diminuir ao longo do tempo, em função da falta de alimento. Portanto, na seleção disrruptiva, somente os fenótipos extremos são beneficiados. 

  

NEODARWINISMO

NEODARWINISMO 

 O neodarwinismo ou teoria sintética da evolução combina as causas da variabilidade com a seleção natural. Estudos genéticos mostram que os fenótipos dos indivíduos resultam da ação do meio sobre os respectivos genótipos. Um genótipo é capaz de originar vários fenótipos, porém esses fenótipos só irão se manifestar caso encontrem um ambiente adequado. 

As variações fenotípicas podem ser hereditárias ou não hereditárias. Hereditárias são expressões fenotípicas resultantes de diferentes genótipos. Já as variações não hereditárias ocorrem devido à influência do meio sobre o genótipo. É pela reprodução que são transmitidos os caracteres das espécies de geração em geração. Enquanto a reprodução assexuada tende a manter as características, a reprodução sexuada tende a aumentar a variabilidade dessas populações e das espécies. 

O neodarwinismo é baseado nas ideias de Darwin e considera que as mutações gênicas e a recombinação gênica geram a variabilidade gênica entre as espécies. Essa variabilidade sofre uma seleção natural gerando indivíduos adaptados às condições do meio. 

Uma população é formada por indivíduos resistentes e sensíveis, ou seja, existe uma variabilidade entre os indivíduos. O meio pode eliminar indivíduos sensíveis favorecendo os resistentes e estabelecendo-os como indivíduos selecionados. Esses indivíduos selecionados irão se reproduzir e gerar descendentes promovendo a adaptação dessa espécie à modificação do ambiente. 

Um exemplo clássico de neodarwinismo são as bactérias resistentes aos antibióticos. O uso inadequado de antibióticos elimina bactérias sensíveis e seleciona as bactérias resistentes. Essas bactérias se proliferam, promovendo sua adaptação aos antibióticos, ou seja, ao meio. 

Fixismo

Existiram numerosas hipóteses fixistas ao longo da história da Biologia, sendo duas mais conhecidas: a hipótese da geração espontânea e a hipótese criacionista.

A hipótese da geração espontânea foi apresentada originalmente por Aristóteles determinando que os seres vivos fossem cópias imperfeitas de formas perfeitas de uma ideia. Assim, considerava que os seres vivos seriam constantemente formados, a partir de matéria não viva como o pó e estariam organizados num plano eterno e imutável, pelo qual os organismos não teriam a possibilidade de alterar as suas características.

A hipótese criacionista é baseada na reunião de escritos bíblicos e das teorias universalmente aceitas de Aristóteles. Essa hipótese considera que Deus criou todas as espécies, animais e vegetais, num único ato. Após esse momento, as espécies permaneceriam imutáveis, sendo qualquer imperfeição resultante das condições ambientais.

Especiação

O fenômeno da especiação define-se por mecanismos, que ao longo do processo evolutivo, impedem o livre fluxo de genes entre duas espécies, de forma definitiva, resultando na formação de uma nova espécie. Esse processo é determinado pelo isolamento geográfico (rios, montanhas, florestas, lagos, etc.) que impede os cruzamentos. Assim, os grupos separados da população original podem acumular diferenças adaptativas e originar novas espécies.

O isolamento reprodutivo é estabelecido quando os indivíduos tenham ficado isolados geograficamente por um período tão longo que os tornam incapazes de se reproduzirem entre si. Esse mecanismo impede a troca de genes entre as populações das diferentes espécies existentes na natureza.

O isolamento reprodutivo pode manifestar-se de duas formas: através de mecanismos que antecedem o zigoto (impedimento da formação) ou alterações após a formação do zigoto.
Quando não há troca de genes com populações de outras espécies, os fatores evolutivos que atuam sobre essas populações terão uma resposta própria. Dessa maneira, o isolamento reprodutivo explica a enorme diversidade do mundo biológico.

O isolamento reprodutivo não se refere à esterilidade. Duas espécies podem estar reprodutivamente isoladas devido a fatores comportamentais ou ambientais que impendem o fluxo gênico, não significando que as mesmas são estéreis. As espécies apresentam comportamento reprodutivo, entretanto não entre elas. 

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Irradiação Adaptativa

Indícios mostram que a evolução dos grandes grupos de seres vivos aconteceu a partir de um grupo ancestral cujos componentes, através do processo de especiação, possibilitaram o surgimento de espécies relacionadas.

A irradiação adaptativa é o fenômeno evolutivo na qual uma única espécie pode dar origem a uma grande variedade de espécies. Portanto, a partir de uma espécie inicial, pequenos grupos iniciaram a conquista de novos ambientes, sofrendo uma adaptação que lhes possibilitou a sobrevivência nesses meios. Desse modo teriam surgido novas espécies que em muitas características apresentavam semelhanças com espécies relacionadas e com a ancestral.

Um exemplo clássico da irradiação adaptativa corresponde aos pássaros fringilídeos de Galápagos estudados por Darwin. Os pássaros fringilídeos são originários do continente sul-americano e irradiaram-se para diversas ilhas do arquipélago. O grupo de pássaros que originou os outros é chamado de fundador. Crê-se que o grupo fundador chegou a uma das ilhas maiores e ali viveu por algum tempo, até que por algum motivo alguns indivíduos do grupo migraram para as outras ilhas, ficando isolados por tempo suficiente para que ocorresse o processo de especiação. Os grupos adaptaram-se às condições peculiares de cada ilha e, consequentemente, originaram bicos em formatos diferentes de acordo com o tipo de alimentação disponível em cada ambiente.

Para que a irradiação adaptativa aconteça uma condição é fundamental. É essencial que os organismos possuam no seu material genético as condições necessárias para a ocupação de um novo meio, de um novo ambiente. Consequentemente, a seleção natural adaptará a composição do grupo ao meio de vida. 

TEORIA DA EVOLUÇÃO (LAMARCK E DARWIN)

LAMARCK

Lamarck defendia a evolução como causa da variabilidade, mas admitia a geração espontânea das formas mais simples. Observando os seres vivos à sua volta, Lamarck considerava que, por exemplo, afirmava que ao fazerem força para alcançar alimento em árvores altas, as girafas esticavam seu pescoço e com o tempo os pescoços ficavam mais compridos. Essa característica é passada às gerações seguintes, que nascem gradativamente com o pescoço mais comprido.  Assim, as alterações dos indivíduos de uma dada espécie eram explicadas por uma ação do meio, pois os organismos, passando a viver em condições diferentes iriam sofrer alterações das suas características. Atualmente, essa ideia de Lamarck é rejeitada. 
O mecanismo evolutivo proposto por Lamarck considera que as variações do meio ambiente levam o indivíduo a sentir necessidade de se adaptar; a lei do uso e desuso; e a lei da transmissão dos caracteres adquiridos. Sobre a teoria da transmissão dos caracteres adquiridos, Lamarck estava errado. De fato, o ambiente provoca mudanças de fenótipo nos organismos, porém foi comprovado experimentalmente que as mudanças adquiridas não passam à prole. 

DARWIN

A seleção natural proposta por Darwin considera que os organismos vivos têm grande capacidade de reprodução, portanto cada população tem tendência para crescer exponencialmente, se o meio o permitir, levando à superprodução de descendentes. Quando o meio não suporta tantos descendentes desencadeia-se uma luta pela sobrevivência entre os membros da população. Com isso, poucos indivíduos chegam à idade de procriação, já que a quantidade de alimento existente no ambiente é limitada. 
Outro fator considerado é a existência de variações hereditárias dentro de um mesmo grupo. Essas variações podem ser transmitidas aos descendentes. Os indivíduos com caracteres que lhes confiram uma vantagem competitiva num dado meio e tempo são mantidos por seleção e produzem mais descendentes, enquanto os restantes são eliminados, não se reproduzindo. Assim sobrevivem os mais aptos. Esse fator é denominado reprodução diferencial. Por reprodução diferencial, as características da população vão mudando num espaço de tempo mais ou menos alargado. Dessa forma, cada geração ficará sucessivamente mais adaptada às condições do ambiente.
Para Darwin, os ancestrais das girafas, de acordo com o documentário fóssil, tinham pescoço mais curto. O comprimento do pescoço variava entre os indivíduos das antigas populações de girafas. Essa variação era de natureza hereditária. O tamanho do pescoço dos ancestrais da girafa variava, sendo que alguns eram compridos e outros, mais curtos. Os animais de pescoço longo alcançavam as folhas mais altas das árvores e levavam vantagem para se alimentar. Por isso, tinham mais chances de sobreviver e deixar descendentes. A seleção natural privilegiou os indivíduos de pescoço mais comprido durante milhares de gerações, e é responsável pelo pescoço longo das girafas atuais. Esse processo pressupõe a existência de variabilidade entre organismos de uma mesma espécie (variabilidade entre as girafas). A mortalidade foi maior entre os indivíduos menos adaptados ao meio, pelo processo de escolha ou seleção natural, restando apenas as girafas que melhor se adaptaram ao ambiente.