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ISBN 978-856952217-1
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VESTIBULAR+ENEM 2017 W W W . G U I A D O E S T U D A N T E . C O M . B R AULAS SOBRE OS TEMAS QUE MAIS CAEM NAS PROVAS b i o l o g i a CARTA AO LEITOR 6 GE BIOLOGIA 2017 V ocê já deve ter reparado: é raro a imprensa trazer notícias positivas, de fatos a ser co-memorados. Talvez quando o Brasil vence a Copa do Mundo – o que já faz muito tempo que não acontece. Em 2015 não tivemos muitas manchetes animadoras. Na maioria, chamavam reportagens preocupantes – as crises políticas e econômicas, o drama dos imigrantes que fogem para a Europa ou o avanço do zika vírus no mundo. Esse aspecto pessimista do jornalismo tem um fundamento: a imprensa é um dos canais pelos quais a população é alertada dos pro- blemas e dos desafios que devem ser enfrentados e vencidos. Pois bem. O GE BIOLOGIA tem uma pegada jornalística – os temas de cada capítulo são abordados a partir de fatos da atualidade. Portanto, não foge à regra do jornalismo. Das seis reportagens desta edição, quatro falam de preocupações: o aquecimento global, o avanço do zika vírus no Brasil e no mundo, as desigualdades entre homens e mulheres e acidentes ambientais. Mas as outras duas falam de avanços da ciência – o que é sempre uma notícia bem-vinda. Nossa intenção é que você compreenda como, por trás de diversos acontecimentos no Brasil ou no mundo, existe um toque da ciência que estuda a vida. As aulas foram elaboradas e os exercícios, selecionados pela professora Adelaide Ferreira Marsiglio, do Colégio Objetivo de São Paulo, com conteúdo mastigado e explicado passo a passo. A equipe da redação do GUIA DO ESTUDANTE se encarregou de lapidar os textos, distribuir o material pelas páginas, elaborar ilustrações e selecionar fotos. Tudo para você tirar as dúvidas e relembrar conceitos importantes da biologia e, depois, ter uma boa notícia diante da lista de aprovados. A redação Boas e más notícias 8 EM CADA 10 APROVADOS NA USP USARAM SEL O D E Q UA L ID A D E G U I A D O E S T U D A N T E O selo de qualidade acima é resultado de uma pes- quisa realizada com 351 estudantes aprovados em três dos principais cursos da Universidade de São Paulo no vestibular 2015. São eles: DIREITO, DA FACULDADE DO LARGO SÃO FRANCISCO; ENGENHARIA, DA ESCOLA POLITÉCNICA; e MEDICINA, DA FACULDADE DE MEDICINA DA USP 8 em cada 10 entrevistados na pesquisa usaram algum conteúdo do GUIA DO ESTUDANTE durante sua preparação para o vestibular Entre os que utilizaram versões impressas do GUIA DO ESTUDANTE: 88% disseram que os guias ajudaram na preparação. 97% recomendaram os guias para outros estudantes. TESTADO E APROVADO! A pesquisa quantitativa por meio de entrevista pessoal foi realizada nos dias 11 e 12 de fevereiro de 2015, nos campi de matrícula dos cursos de Direito, Medicina e Engenharia da Universidade de São Paulo (USP). Universo total de estudantes aprovados nesses cursos: 1.725 alunos. Amostra utilizada na pesquisa: 351 entrevistados. Margem de erro amostral: 4,7 pontos percentuais. SUMÁRIO 7GE BIOLOGIA 2017 Sumário Biologia VESTIBULAR + ENEM 2017 GLOSSÁRIO 8 Os principais conceitos que você encontra nesta publicação GRANDES PASSOS DA BIOLOGIA 10 Uma linha do tempo com os grandes avanços das ciências naturais, a partir do século XVII CITOLOGIA 12 Força-tarefa contra o zika A água poluída é uma ameaça à saúde dos atletas de vela e windsurf dos Jogos Olímpicos 14 Seres vivos As estruturas básicas que compõem organismos acelulares, unicelulares e pluricelulares 16 Células Infográfico: os elementos principais das células procarióticas e eucarióticas 18 Núcleo, DNA e cromossomos Como se organiza e funciona o centro de controle das células 22 Divisão celular Os processos de multiplicação das células 24 Acelulares, unicelulares e pluricelulares Microrganismos como vírus, bactérias e fungos 27 Imunologia, vacinas e soros O sistema imunológico e as drogas que acionam ou reforçam a defesa do corpo humano 30 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção GENÉTICA 32 Benefícios e riscos de alterar os genes Surgem novas promessas para a terapia gênica. Mas a ética impõe seus próprios limites 34 As Leis de Mendel As regras da hereditariedade que abriram os estudos no campo da genética 38 Tipos sanguíneos O sistema ABO e o fator Rh 41 Herança ligada ao sexo Os cromossomos sexuais e as características transmitidas por eles 44 Biotecnologia Os mecanismos desenvolvidos pela ciência para alterar características dos seres vivos 48 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção EVOLUÇÃO 50 O gorila e a evolução do homem Os genes que podem explicar a maior complexidade do organismo humano 52 História da vida Infográfico: como surgiram os milhões de espécies que habitam o planeta 54 Origem da vida Dos compostos químicos primordiais às células 56 Lamarck e Darwin As duas grandes teorias da evolução 59 Neodarwinismo A reforma da teoria da seleção natural no século XX 62 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção BIOLOGIA ANIMAL 64 A diferença que o sexo não faz As poucas diferenças biológicas entre homens e mulheres não explicam a desigualdade entre eles e elas 66 Árvore da vida Infográfico: a árvore filogenética, que mostra o parentesco entre todos os seres vivos 68 Classificação científica Como é definido o lugar que cada organismo ocupa na linha de evolução 70 Invertebrados As características dos seres sem coluna vertebral 72 Vertebrados Os animais que se sustentam com uma coluna vertebral 75 Fisiologia animal Os mecanismos que garantem o funcionamento do organismo humano e de outros animais 85 Parasitoses humanas Doenças causadas pelos microrganismos 88 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção BIOLOGIA VEGETAL 90 Tudo combinado para controlar o clima Novo acordo alinha os países no combate ao aquecimento global 92 Metabolismo vegetal Infográfico: os processos vitais das plantas 96 Relações hídricas Como a célula vegetal absorve e libera água 98 Evolução das plantas Como de uma alga verde ancestral os vegetais evoluíram para organismos complexos 102 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção ECOLOGIA 104 O meio ambiente no fio da navalha A série de desastres em Cubatão é exemplo da importância do equilíbrio ecológico 106 Relações ecológicas Infográfico: como as diversas espécies convivem 108 Conceitos principais A hierarquia em que se organizam os seres vivos 112 Relações harmônicas e desarmônicas Como os organismos competem pelos recursos do meio em que vivem 114 Ciclos biogeoquímicos A reciclagem das substâncias essenciais à vida 116 Poluição A história de acidentes ambientais na cidade de Cubatão 118 Como cai na prova + Resumo Questões comentadas e síntese da seção RAIO-X 120 As características dos enunciados das questões que costumam cair nas provas do Enem e dos principais vestibulares SIMULADO 122 63 questões e resoluções passo a passo GLOSSÁRIO 8 GE BIOLOGIA 2017 A ÁCIDOS NUCLEICOS Macromoléculas, sequências de nucleotídeos que constituem o DNA e o RNA. ALELOS Num par de cromossomos homólogos, são os dois genes que definem uma mesma característica e ocupam a mesma região (locus gênico). AMINOÁCIDO Composto que tem um grupo amino (NH 2 ) e um grupo carboxílico (COOH). ANALOGIA PURA É a semelhança morfológica entre órgãos de ani- mais que evoluíram por caminhos diferentes. A analogia pura é típica da convergência adapta- tiva. Por exemplo: as nadadeiras de um tubarão (peixe) e as de um golfinho (mamíferos). B BASES NITROGENADAS Componentes do DNA (adenina, guanina, citosina e timina) e do RNA, que determinam o código ge- nético. No RNA, a timina é substituída pela uracila. BIOMASSA É toda matéria orgânica que pode transferir energia. BLASTOCISTO É a fase inicial de desenvolvimento do embrião, em que todas as células são células-tronco totipotentes. C CARBOIDRATOS Grupo de compostos que têm como estrutura geral a composição (CH 2 O) n . CÉLULA EUCARIÓTICA Tem diversas organelas no citoplasma e o material genético (DNA) guardado num núcleo separado. Conceitos básicos Os principais termos que você precisa saber ao estudar biologia Todos os vegetais e animais, a maioria das algas, os fungos e os protozoários são eucariontes. CÉLULA PROCARIÓTICA Célula primitiva, sem núcleo definido, que tem o DNA solto no citoplasma e uma única organela, o ribossomo. Organismos procariontes são sempre unicelulares. CÉLULAS GERMINATIVAS São as responsáveis pela reprodução, que se di- videm para criar os gametas (células sexuais). CÉLULAS SOMÁTICAS São as células que formam os tecidos do corpo, menos os responsáveis pela reprodução (gametas). CÉLULAS-TRONCO São células não especializadas, que podem assumir qualquer função em um organismo. CICLO DE VIDA É a série de eventos por que passa um ser vivo, envolvendo a reprodução. Todo ser vivo – seja um organismo de vida livre, seja um parasita – tem um ciclo de vida característico. CICLO BIOGEOQUÍMICO É o caminho percorrido na natureza pelos ele- mentos essenciais à vida no planeta. Seguem esse ritmo o carbono, o oxigênio, a água e o nitrogênio. CÓDIGO GENÉTICO É a linguagem que determina a ordem na qual os aminoácidos são ligados para produzir as proteínas. CONVERGÊNCIA ADAPTATIVA Acontece quando animais de grupos de parentesco distante têm morfologia semelhante não em razão da herança de um ancestral comum, mas da adapta- ção ao meio. É o inverso de irradiação adaptativa. CROMOSSOMO Forma espiralada em que o DNA se condensa, no início da divisão celular. D DIPLOIDE (2N) É a célula em que os cromossomos aparecem em pares (cromossomos homólogos), com genes de mesma função nos mesmos trechos. As células somáticas da maioria dos animais são diploides. Nos vegetais, a fase diploide se alterna com a haploide. E ESPECIAÇÃO Processo de criação de uma espécie animal ou vegetal pela diferenciação de um grupo de indivíduos de uma população, por isolamento geográfico e reprodutivo. EUTROFIZAÇÃO É a proliferação excessiva de algas e bactérias, causada pela alta concentração de material que serve de nutriente para esses organismos. ÉXON Trecho do gene que codifica uma proteína. F FENÓTIPO Expressão de alguma característica definida por um grupo de genes (genótipo). FOTOSSÍNTESE Processo pelo qual os vegetais usam a energia da luz solar numa série de reações químicas que transformam água e CO 2 em glicose e oxigênio. FLUXO DE ENERGIA É o sentido em que a energia é transmitida entre os seres vivos, em toda a cadeia alimentar. G GENE Qualquer segmento do DNA que define a síntese de uma proteína. Pode ser chamado também de cístron. 11GE BIOLOGIA 2017 1900 2000 1866 Ao cruzar ervilhas, o monge Gregor Mendel desvenda as leis da hereditariedade. Seu trabalho só seria reconhecido décadas depois (veja as leis de Mendel no capítulo 2) 1866 O alemão Ernst Haeckel lança uma das primeiras obras que analisam a vida de comunidades vegetais e animais e sua relação com o meio ambiente (veja ecologia, no capítulo 6) 2003 Dois grupos de pesquisa concluem o sequenciamento do genoma humano 1996 O escocês Ian Wilmut cria o primeiro clone de um mamífero, a ovelha Dolly (veja clonagem no capítulo 2) 1960 James Till e Ernest McCulloch iniciam a publicação de uma série de trabalhos científicos que comprovam a existência e as funções das células-tronco (veja mais no capítulo 2) 1909 O que Gregor Mendel chamou de “fator hereditário” o botânico Wilhelm Johannsen batiza de gene, a unidade responsável pela transmissão de caracteres a cada geração (veja no capítulo 2) 1928 Alexander Fleming cria a penicilina ao perceber que o fungo Penicillium produz uma substância com propriedades de matar bactérias 1973 Herbert Boyer e Stanley Cohen criam o primeiro organismo transgênico, inserindo genes de resistência a antibióticos numa bactéria (veja temas de biotecnologia no capítulo 2) 1953 Francis Crick e James Watson desvendam a estrutura química da molécula de DNA (veja no capítulo 1) MÁRIO KANNO/MULTISP 12 GE BIOLOGIA 2017 CITOLOGIA 1 CONTEÚDO DESTE CAPÍTULO Seres vivos ..........................................................................................................14 Células .................................................................................................................16 Núcleo, DNA e cromossomos ........................................................................18 Divisão celular ..................................................................................................22 Acelulares, unicelulares e pluricelulares .................................................24 Imunologia, vacina e soros ..........................................................................27 Como cai na prova + Resumo .......................................................................30 O mundo declarou guerra total contra um inimigo minúsculo, mas poderoso: o mos-quito Aedes aegypti. Não bastasse infectar a população com o vírus da dengue e do chikun- gunya, o inseto nefasto tornou-se vetor, também, do vírus causador da febre do zika. Segundo a Organização Mundial da Saúde (OMS), entre 2015 e 2016, 40 países registraram casos autóc- tones – ou seja, pessoas infectadas na própria região em que vivem. A maioria está na América Latina, e o Brasil é campeão de casos suspeitos. Segundo o Ministério da Saúde, o vírus zika já pode ter infectado quase 1,5 milhão de pessoas. A maior preocupação com o zika vírus são as graves sequelas. Estudos brasileiros, confirmados por pesquisadores norte-americanos e endos- sados pela OMS, mostram que o zika é causa de malformação do cérebro de fetos. Com isso, bebês nascidos de mães que foram contaminadas nascem com cérebro de tamanho dramaticamen- te reduzido (microcefalia), o que compromete diversas funções neurológicas. Nesse caso, o vírus é transmitido ao feto, pela placenta. Os estudos também concluem que o zika gera a síndrome de Guillain-Barré – uma reação do organismo a agentes infecciosos, como vírus e bactérias em geral, que afeta os músculos, inclusive os respi- ratórios. O caminho da contaminação também preocupa. Pesquisas apontam que a contamina- ção pode se dar por contato sexual, como o que ocorre com o HIV, causador da aids. O zika vírus foi identificado em meados dos anos 1970 em Uganda. E por muitos anos seu hábitat se limitou ao continente africano. Seus efeitos foram identificados no Brasil em 2015, mas estudos genéticos mostram que o agente patogê- nico desembarcou no Brasil trazido por algum viajante vindo de arquipélagos do Oceano Pacífi- co. O crescimento no número de casos autóctones em diversos países indica que o vírus adapta-se rapidamente a diferentes condições ambientais, e que os mosquitos do gênero Aedes estão em franca disseminação – acredita-se que devido às mudanças climáticas, que tornam mais quentes algumas regiões do globo. Tanto é que o Aedes albopictus, primo do A. aegypti, colonizou 20 paí- ses do sul da Europa, desde 1990. Neste capítulo você lê sobre as células e suas estruturas. Vê, também, a diferença entre seres pluricelu- lares, como vegetais e animais, e unicelula- res, como bactérias. A doença infecciosa, até há alguns anos restrita à África, espalha-se por diversas regiões do planeta e coloca cientistas e autoridades em alerta contra o vírus e o mosquito vetor Força-tarefa contra o zika ARTILHARIA PESADA Além de campanhas contra o acúmulo de água que sirva de criadouro do Aedes aegypti, o poder público tem combatido o mosquito diretamente, pela aplicação de veneno ES
LUIZ SOUZA ISTOCK GE BIOLOGIA 2017 13
16 GE BIOLOGIA 2017 CITOLOGIA CÉLULAS TI PO S D E CÉ LU LA A di fe re nç a b ás ica en tre el as est á n a co mpl exid ade Parede celular Bactérias e cianobactérias têm uma parede protetora que reveste a membrana plasmática Citoplasma Nas células procarióticas, a área preenchida pela substância gelatinosa que constitui o “corpo” da célula circunda o DNA e tem apenas os ribossomos como organelas DNA Nas células procarióticas, que não têm núcleo definido, o material genético está numa molécula circular de DNA que flutua solta no citoplasma, chamada nucleoide. Nas células eucarióticas, o DNA fica protegido dentro do núcleo Membrana plasmática Existe nos dois tipos de célula. Controla a passagem de substâncias entre os meios intra e extracelular, garantindo a composição constante e ideal dentro da célula Flagelo É como um “chicote”, que serve para locomoção. Flagelos são normalmente encontrados em células procarióticas, como bactérias. Mas algumas eucarióticas também têm essa estrutura. É o caso do espermatozoide Ribossomos É a única organela de uma célula procariótica e uma das várias organelas da eucariótica. Os ribossomos são formados por proteínas e por um tipo de ácido nucleico – o RNA ribossômico. Eles são responsáveis pela síntese de proteínas CÉLULAS PROCARIÓTICAS Foram as primeiras a surgir, há bilhões de anos. São células primitivas, de estrutura muito simples. Não têm núcleo separado e o DNA fica solto no citoplasma. Elas possuem apenas uma organela no citoplasma, o ribossomo. Organismos que têm essas células, como bactérias e cianobactérias, são chamados procariontes Desenvolvida no fim dos anos 1830, a teoria celular afirma que: 1) todos os organismos são compostos de células; 2) toda célula nasce de outra célula; 3) as funções vitais de um organismo ocorrem dentro das células; 4) as células guardam as informações hereditárias. Hoje, sabe-se que existem organismos que não são formados de células (os vírus). Mas a teoria celular continua na base de todo o conhecimento da biologia no século XXI. CÉLULA DE UMA BACTÉRIA O tijolo dos organismos A palavra célula significa pequena cela. Esse foi o nome que Robert Hooke deu às minúsculas estruturas que ele viu quando observava lâminas de cortiça sob um microscópio, no século XVII. As células são como usinas que fazem todas as operações fundamentais à sobrevivência de um organismo TEORIA CELULAR 17GE BIOLOGIA 2017 Membrana plasmática Células animais e vegetais têm membrana plasmática, formada fundamentalmente de fosfolipídios e proteínas. Veja ao lado Citoplasma Circunda o núcleo e abriga diversas organelas Mitocôndria Responsável pela respiração celular e pelo fornecimento de energia. A matriz mitocondrial é uma substância com material genético (DNA) e RNA. O DNA mitocondrial é diferente do DNA existente no núcleo celular e é transmitido 100% pela mãe. A mitocôndria também sintetiza suas próprias proteínas, por meio de ribossomos exclusivos. Complexo de Golgi Ou complexo golgiense, é a organela que processa, empacota e armazena substâncias secretadas pela célula, como proteínas, glicoproteínas e polissacarídeos Retículo endoplasmático liso Longos canais que se espalham pelo citoplasma como uma rede de distribuição. É no retículo que são sintetizados lipídeos e esteróis, como o colesterol nos animais Retículo endoplasmático rugoso Estrutura de túbulos atados aos ribossomos, que percorre o citoplasma e compõe a carioteca. As proteínas sintetizadas pelos ribossomos caem no retículo e são transportadas por ele para outras partes da célula Lisossomos Vesículas que fazem a digestão e a limpeza celular. Suas enzimas degradam moléculas grandes e organelas envelhecidas Centríolos No geral, cada célula animal tem um par dessas estruturas, responsáveis por criar flagelos e cílios. Os centríolos também participam da divisão celular (veja na pág. 23) CÉLULAS EUCARIÓTICAS Mais c0mplexas, surgiram mais tarde na evolução da vida. Constituem os organismos eucariontes: vegetais, animais, fungos, algas e protozoários. Este tipo de célula tem diversas organelas no citoplasma e o material genético envolvido por membrana e separado em um núcleo Ribossomos DNA Núcleo É onde fica guardado o material genético da célula – as moléculas de DNA. Nas células eucarióticas, o núcleo é separado do citoplasma por uma membrana chamada carioteca (veja mais sobre núcleo na pág. 18) CÉLULA DE UM ANIMAL Glicoproteínas Em conjunto, formam o glicocálix, estrutura responsável pela qual uma célula reconhece outras, semelhantes, de um mesmo tecido. Nos vegetais essa estrutura não existe. Bicamada fosfolipídica É uma camada dupla de fosfolipídios, compostos orgânicos que contêm um grupo fosfato. Gases As trocas gasosas (CO₂ e O₂) ocorrem por simples difusão, diretamente na camada fosfolipídica. O₂ CO₂ Proteína de canal Atravessa a membrana, transportando íons e moléculas menores. MÁRIO KANNO/MULTISP 18 GE BIOLOGIA 2017 CITOLOGIA NÚCLEO, DNA E CROMOSSOMOS Centro de controle Todo ovo é uma célula. A gema do ovo de galinha é uma das ra-ras células visíveis a olho nu. E, como é uma célula eucariótica, tem diferenciado o núcleo, minúsculo e in- visível a olho nu, em meio ao citoplasma amarelo, ou seja, a gema. O núcleo é uma parte importantí- ssima da célula. É nele que ficam guar- dados os genes, que carregam as infor- mações fundamentais para o funciona- mento da célula e, por consequência, de todo o organismo. São os genes, tam- bém, que transmitem as características da espécie, de uma geração a outra, na reprodução. Em outras palavras, o núcleo é o centro de controle da célula (veja ao lado). Cromossomos É a forma espiralada em que o DNA se condensa, no início da divisão celular. O conjunto de características dos cro- mossomos de uma espécie é chamado cariótipo. Cada espécie tem um nú- mero fixo de cromossomos no núcleo de todas as células somáticas, ou seja, aquelas que não são reprodutivas. Na maioria dos seres vivos, as células somáticas são diploides, isto é, os cro- mossomos aparecem em pares compos- tos de cromossomos homólogos. Isso significa que os cromossomos de um par apresentam genes para as mesmas características, nos mesmos trechos de DNA (o chamado locus gênico). Indicamos que uma célula é diploide pela anotação 2n. As estruturas que guardam as informações genéticas dentro de cada célula O NÚCLEO EM DETALHES O interior do núcleo é preenchido com cariolinfa (ou nucleoplasma), um gel incolor composto de água e proteínas, principalmente Na cariolinfa fica o nucléolo, responsável pela síntese do RNA ribossômico, que forma os ribossomos, as organelas que produzem proteínas O núcleo é envolvido pela carioteca, ou membrana nuclear. Composta de duas camadas, que são continuação do retículo endoplasmático rugoso, a carioteca tem poros, pelos quais o núcleo se comunica com o citoplasma A cromatina também fica imersa na cariolinfa. São filamentos formados de moléculas de DNA e proteínas. Os genes são trechos dessas moléculas de DNA. Durante a divisão celular, esses filamentos se espiralizam, dando origem aos cromossomos Os cromossomos podem vir em par ou sozinhos HAPLOIDE OU DIPLOIDE Diploide (2n) Haploides (n) 21GE BIOLOGIA 2017 No processo de tradução, o ribossomo decodifica as mensagens levadas pelo RNA-mensageiro SOB ENCOMENDA dos primórdios da evolução humana ou restos de informação genética do início da vida na Terra, sem nenhuma utilidade. Atualmente, eles suspeitam que a manutenção dessas áreas inope- rantes na molécula de DNA, no decorrer de centenas de milhares ou milhões de anos, possa estar relacionada a alguma adaptação evolucionária. Os íntrons podem, até, ter ainda alguma função que não tenha sido identificada pelos geneticistas. Quando o RNA-m copia as informa- ções do DNA, na etapa da transcrição, ele recolhe tanto íntrons quanto éxons, indistintamente. Mas, antes de levar esses dados para os ribossomos, a mo- lécula de RNA-m passa por uma lim- peza nesse material, deixando apenas Por ação da enzima DNA poli- merase, as bases de cada uma das fitas ligam-se a outras bases, que se encontram soltas na cariolinfa. Essa combinação não é aleatória, mas forma sempre pares certos: adenina (A) com timina (T) e cito- sina (C) com guanina (G). Assim, se um filamento tiver a sequência AACGGCT, o outro, que se ligará a ele, terá, necessariamente, a sequ- ência TTGCCGA. No final do processo, haverá duas moléculas de DNA idênticas, cada uma delas formada pela sequência original de bases e pela nova sequên cia com- plementar. Esse processo se chama replicação semiconservativa. os éxons, funcionais, ou seja, os trechos que efetivamente codificam alguma coi- sa. Esse processo de eliminação da parte inútil do RNA-m se chama splicing, que pode ser traduzido por “edição”. Ciranda da hereditariedade Para transmitir a herança genética, a molécula de DNA tem de se replicar, ou seja, se duplicar. Essa replicação segue os seguintes passos: Quando a célula está prestes a se di- vidir, um grupo de enzimas especiais quebra as pontes de hidrogênio que unem as bases nitrogenadas; As fitas da molécula de DNA se se- param; 2. Cada códon indica um aminoácido a ser adicionado na fabricação da proteína 3. O RNA-transportador (RNA-t) busca os aminoácidos pedidos a cada códon 1. No citoplasma, o RNA-m se acopla ao ribossomo. Essa organela lê um trio de bases nitrogenadas (um códon) por vez 4. O ribossomo encaixa os aminoácidos trazidos pelo RNA-t 5. O ribossomo se move ao longo do RNA-m e lê o códon seguinte. O RNA-t sai para buscar novos aminoácidos, segundo a receita 6. Quando todos os códons do RNA-m tiverem sido lidos pelo ribossomo, a proteína estará pronta, como um grande colar de contas ESTÚDIO PINGADO 22 GE BIOLOGIA 2017 CITOLOGIA DIVISÃO CELULAR Tudo o que se divide se multiplica Estima-se que o corpo humano tenha 10 quaquilhões de células, 30 mil vezes mais do que o número de estrelas da Via Lác- tea. Essas minúsculas usinas de vida fazem de tudo no organismo e permitem ao homem ativi- dades e sensações tão diferentes quanto dormir, sentir fome ou frio, jogar futebol, apaixonar-se ou aprender a ler. Tudo isso surge no momento da concepção, com uma única célula que se di- vide em duas, que voltam a se dividir em quatro, e assim por diante, em progressão geométrica. As células passam suas características a ou- tras quando se multiplicam para gerar um novo organismo, na reprodução, para fazer o corpo crescer ou para repor as células perdidas por desgaste ou mau uso. Os ciclos de crescimento e multiplicação celular se repetem indefinida- mente, até que as células percam a capacidade de se reproduzir. Aí ocorre o que chamamos envelhecimento. O modo como uma célula se divide depende da complexidade do organismo e do tipo de célula que ela é: germinativa (especializada em reprodução) ou somática (que constitui os tecidos de um organismo). FASE G1 A célula cresce e tem metabolismo intenso. No citoplasma, surgem novas organelas. No núcleo, são sintetizados RNA-mensageiro (RNA-m) e, no citoplasma, proteínas. O material genético permanece na forma de cromatina. cromatina organelas FASE S Ocorre a síntese do DNA. A molécula duplica-se por replicação semiconservativa (veja na pág. 25). Assim, os cromossomos passam a ser constituídos por dois filamentos idênticos (cromátides), unidos pelo centrômero. FASE G2 No período final, antes da divisão, a célula cresce mais um pouco e sintetiza alguma proteína de que ainda precisa para se dividir. A etapa seguinte é de prófase da mitose ou da meiose. centrômero cromátide Os tipos de divisão celular Para se dividirem, as células podem adotar três mecanismos distintos: Os procariontes unicelulares, seres formados de uma única célula sem núcleo diferenciado, reproduzem-se por bipartição ou cissipari- dade, uma forma de reprodução assexuada. Numa bactéria, o cromossomo, formado por uma molécula de DNA circular, duplica-se. E o citoplasma se parte, formando duas células idênticas, cada uma com uma das cópias do cromossomo. As bactérias podem se multi- plicar muito rapidamente por esse processo, criando uma nova geração a cada 20 minutos. Os eucariontes, aqueles que têm o núcleo diferenciado do citoplasma, podem se repro- duzir por dois mecanismos diferentes. Os uni- celulares, como protozoários, reproduzem-se por mitose. A mitose é também o mecanismo de divisão das células somáticas, tanto para crescimento do organismo quanto para repo- sição das células desgastadas. A mitose pode ocorrer tanto em células haploides quanto diploides (sobre haploides e diploides, veja as págs. 18 e 19). O segundo modo de reprodução das células eucarióticas é a meiose. Nos seres plurice- lulares, esse processo é próprio das células germinativas, que geram os gametas. Entenda a mitose e a meiose nos infográficos da página ao lado. Mas antes veja, abaixo, como a célula se prepara para a divisão, na interfase. Assim que nasce, a célula entra num período de preparação para se dividir. Esse período, chamado interfase, é classificado em três etapas ENQUANTO A DIVISÃO NÃO VEM A reprodução assexuada é aquela em que um organismo, sozinho, transfere todo o material genético para outro. Nesse caso, nasce um clone, um organismo geneticamente idêntico ao anterior. Já na reprodução sexuada, o novo organismo surge da combinação do material genético de dois indivíduos, o pai e a mãe. 23GE BIOLOGIA 2017 PRÓFASE No citoplasma, o centríolo duplica-se e migra para polos opostos da célula, formando fibras proteicas entre eles, as chamadas fibras do fuso. No núcleo, os cromossomos duplicados na interfase se condensam e se espiralizam. O nucléolo e a carioteca se dissolvem e desaparecem. METÁFASE Os cromossomos prendem-se pelo centrômero às fibras do fuso e migram para o centro da célula. No final da metáfase, os centrômeros se duplicam e se afastam. As cromátides irmãs são separadas. ANÁFASE As fibras do fuso se encurtam. Os dois conjuntos de cromátides irmãs agora recebem o nome de cromossomos filhos. Estes estão atados aos fusos pelo centrômero e migram para polos opostos da célula. TELÓFASE Os dois grupos de cromossomos filhos chegam a polos opostos e descondensam-se. Em torno de cada grupo, forma-se uma nova carioteca, isolando o núcleo. Dentro dos núcleos reaparecem os nucléolos. O citoplasma começa a dividir-se e as organelas redistribuem-se entre as duas metades. INTERFASE Terminada a divisão do citoplasma, estão formadas duas células-filhas, com o mesmo número de cromossomos que a célula-mãe. Elas entram em interfase, preparando-se para uma nova divisão. O ciclo recomeça. PRÓFASE I Os cromossomos homólogos duplicados (presos em X) alinham-se, aos pares, e trocam pedaços, na permutação, ou crossing-over. Isso rearranja os genes. O centríolo duplica-se e forma o fuso. A carioteca se desintegra, e os cromossomos se prendem às fibras do fuso, ainda aos pares. METÁFASE I Os cromossomos atingem o grau máximo de condensação e migram para a região central da célula. ANÁFASE I As fibras do fuso se encurtam e puxam os cromossomos para polos opostos. Os cromossomos homólogos são, assim, separados. TELÓFASE I Os cromossomos descondensam-se. Formam-se dois núcleos haploides, mas os cromossomos ainda estão duplicados. A carioteca forma- se novamente, e o citoplasma divide-se. Para separar as cromátides, cada uma das células passará pela segunda divisão da meiose (meiose 2), igualzinha a uma mitose. centríolo fibras do fuso nucléolo cromossomos cromossomo filho nova carioteca carioteca divisão do citoplasma cromossomos homólogos duplicados ESTÚDIO PINGADO Na mitose, uma célula gera duas células-filhas com material genético idêntico. É assim que se dividem as células somáticas Pela meiose, cada célula-filha tem metade dos cromossomos da célula-mãe. É assim que se criam gametas PARA FUNÇÕES IGUAIS, INFORMAÇÕES IGUAIS MENOS INFORMAÇÕES, MAIOR VARIEDADE SAIBA MAIS O QUE DEU ERRADO Qualquer erro na meio- se gera um gameta com aberrações cromossômi- cas, que serão transmiti- das a todas as células do indivíduo que eventual- mente seja gerado por esse gameta. As aber- rações que ocorrem no número de cromossomos podem ser de dois tipos: • Euploidia: variação no número de conjuntos de cromossomos. • Aneuploidia: variação no número de cromos- somos de cada conjun- to. A síndrome de Down é uma aneuploidia 26 GE BIOLOGIA 2017 CITOLOGIA ACELULARES, UNICELULARES E PLURICELULARES PARENTE PRÓXIMO Os fungos, como este cogumelo, guardam mais semelhanças com os animais do que com os vegetais As bactérias São microrganismos unicelulares, formados de uma célula procariótica. Esse tipo de célula primitiva não tem o material genético separado num núcleo e é dotado de uma só organela, o ribossomo. Eles podem, também, apresentar pequenas porções de DNA soltas na célula. Os seres que têm apenas uma célula procarióti- ca são chamados procariontes. As bactérias reproduzem-se por simples divisão celular. Assim, uma bactéria-mãe gera duas bactérias- -filhas idênticas (veja mais sobre divisão celular na pág. 22). Algumas bactérias sintetizam o próprio alimen- to. São as autótrofas, que produzem compostos orgânicos com a energia de reações químicas com compostos inorgânicos do ambiente (quimios- síntese), ou da energia luminosa (fotossíntese). Mas há também as bactérias heterótrofas, que dependem de compostos orgânicos já prontos no ambiente. Uma bactéria heterótrofa pode ser decompositora (que se alimenta de matéria orgânica morta, provocando sua decomposição), ou parasita (que vive à custa de outro ser vivo). São heterótrofas parasitas as bactérias que causam algumas doenças das mais sérias no homem, como pneumonia, tuberculose, dif- teria, tétano e cólera. Mas as bactérias têm lá seu lado bom e simpático. Elas são essenciais para o funcionamento do sistema digestório, principalmente nos intestinos. E são úteis na fabricação de laticínios, como queijos e iogurte. Na natureza, têm papel importantíssimo na manutenção do equilíbrio ecológico. Os fungos Os fungos podem ser unicelulares, como as leveduras, ou pluricelulares, como o bolor e os cogumelos. Mas todos são eucariontes, ou seja, são compostos de células eucarióticas, com citoplasma, membrana, organelas e o material genético isolado num núcleo. Os fungos são mais aparentados com os ani- mais do que com os vegetais. Suas células têm uma parede de quitina, o mesmo material que compõe o exoesqueleto dos artrópodes. Eles armazenam energia na forma de moléculas de glicogênio, como os animais. Não fazem fotos- síntese, como as plantas fazem. São heterótrofos – alimentam-se de matéria orgânica, morta ou viva. Secretam enzimas digestivas sobre o subs- trato e o absorvem como alimento já digerido. Os que se alimentam de matéria viva são para- sitários. Muitos deles são extremamente danosos para a agricultura. Para evitar ataques na plan- tação ou nos produtos colhidos, os agricultores aplicam fungicidas, o que acaba poluindo o ambiente. Fungos podem parasitar também os seres humanos: são eles que causam micoses de pele e unha, candidíase e “sapinho”. Mas, como as bactérias, nem sempre os fun- gos são vilões. A levedura (fermento biológico) usada pelos padeiros para fazer a massa do pão crescer é um fungo. Leveduras também são utilizadas para provocar a fermentação de bebidas alcoólicas, como cerveja, e produ- zir álcool combustível. Na natureza, também como as bactérias, os fungos são importantes decompositores. 27GE BIOLOGIA 2017 UMA AJUDA AO SISTEMA IMUNOLÓGICO As vacinas ensinam os glóbulos brancos a reconhecer agentes infecciosos para produzir anticorpos, células de defesa Bandidos e mocinhos químicos O Ministério da Saúde incluiu recentemen-te duas vacinas no calendário nacional de vacinação infantil. Uma delas é uma nova formulação contra a poliomielite. A outra é uma vacina pentavalente – um único preparado que defende o organismo do contágio de cinco doenças: coqueluche, difteria, tétano, Haemo- philus influenza tipo B e hepatite B. O calendário de vacinação é definido pelo governo federal e estipula as vacinas que devem ser aplicadas pelos postos de saúde em crianças, adolescentes, adultos e idosos. O calendário passa periodi- camente por alterações ou acréscimos como esse acima. A ideia é acompanhar o avanço da medicina e da indústria farmacêutica e, as- sim, imunizar a população contra as principais doenças infecciosas. Sabotagem e contrassabotagem A guerra do organismo contra agentes agres- sores funciona como ações de sabotagem e con- trassabotagem química. Do lado dos bandidos estão os microrganismos, que, quando invadem o organismo, podem se proliferar e danificar o funcionamento de alguns tipos de célula. O corpo identifica esses microrganismos como antígenos. Do outro lado, como mocinhos, estão os anticorpos – proteínas de defesa, sintetizadas pelo sistema imunológico. A batalha funciona assim: o sistema imunológico reconhece qual- quer antígeno que invada o corpo que ameace sabotar o funcionamento das células e produz os anticorpos específicos para neutralizar sua ação danosa, reagindo com aquela substância. A reação química entre antígenos e anticorpos é específica. Isso significa que um anticorpo produzido na presença de determinado antígeno só reage com esse antígeno. Assim, o anticorpo que desativa o vírus do sarampo não funciona para o vírus da catapora, nem da meningite. Agentes do bem Depois de entrar em contato com um agente infeccioso, o sistema imunológico desenvolve células capazes de reconhecer esse agente caso ele volte a atacar, mesmo depois de várias déca- das. São as chamadas células de memória. Mas nem sempre as células de memória conseguem imunizar o organismo por longos períodos. No caso da gripe, por exemplo, os vírus Influenza sofrem mutações muito rapidamente. Por isso, os anticorpos desenvolvidos pelo organismo num ano não previnem, necessariamente, contra o vírus do ano seguinte. Imunização é o nome que se dá à aquisição pelo organismo de proteção contra o ataque de microrganismos causadores de doença infecciosa, ou contra a ação de substâncias tóxicas. A área da biologia que estuda os processos de imunização é a imunologia. iSTOCK CITOLOGIA IMUNOLOGIA, VACINAS E SOROS 28 GE BIOLOGIA 2017 1. A vacina, fabricada com partes do agente infeccioso ou com versões mais fracas do microrganismo, é injetada na corrente sanguínea 2. Os antígenos da vacina são reconhecidos pelo organismo como invasores. Os glóbulos brancos dão início à produção de anticorpos, que atacam os antígenos. São criadas as células de memória 3. Depois da vacinação, se o antígeno real atacar o corpo, o sistema imunológico, nas células de memória, estará preparado para reconhecer o inimigo e combatê-lo partes do microrganismo enfraqueccido antígenos da vacina anticorpos antígeno do microrganismo [1] CITOLOGIA IMUNOLOGIA, VACINAS E SOROS VENENO QUE SALVA Toda vacina é feita de uma parte do microrganismo – no geral, uma proteína – ou do microrganismo inteiro, enfraquecido Nos vertebrados, a defesa contra os antígenos é feita basicamente por dois tipos de célula do sistema imunológico que circulam pelo sangue, conhecidos como glóbulos brancos ou leucóci- tos. O primeiro tipo são os macrófagos, células que fagocitam (englobam e digerem) elementos estranhos ao corpo. Os macrófagos derivam de um tipo de leucócito existente no sangue e estão presentes, também, em grande quantidade nos gânglios linfáticos. São muito ativos na defesa contra infecções virais e podem atacar tanto a célula infectada quanto os vírus que saem das células hospedeiras. O segundo tipo de leucócito são os linfócitos, que criam as proteínas que funcionam como anticorpos e atacam principalmente micror- ganismos extracelulares. Os linfócitos podem destruir, sozinhos, uma bactéria e podem, tam- bém, transformar-se em uma célula fagocitária. Como o corpo aprende O corpo já nasce sabendo como se defender de algumas ameaças e adquire outras armas de defesa no decorrer da vida. O modo como o organismo adquire imunidade pode seguir vários caminhos: A imunização pode ser ativa ou passiva. A ativa consiste na produção de anticorpos pelo próprio organismo, quando ele é invadido por um antígeno. Nesse caso, a informação fica armazenada em células de memória e, se o organismo entrar em contato com o antígeno outra vez, a resposta será rápida, específica e duradoura. Isso ocorre quando o corpo ad- quire imunização porque passa pela doen- ça ou é vacinado. Já na imunização passiva, a pessoa recebe os anticorpos pré-formados contra determinado antígeno. Esses anticorpos atuam durante certo tempo no organismo e depois são eliminados, sem que se formem células de memória. Esse é um processo não duradouro e, às vezes, pouco específico. É o que acontece com os soros (veja abaixo). A imunização pode, ainda, ser natural ou ar- tificial, dependendo de como é adquirida. A imunização natural ocorre quando o organismo entra em contato com o agente causador da do- ença e produz, naturalmente, anticorpos contra SAIBA MAIS A DOENÇA QUE NÃO EXISTE MAIS A varíola é uma das doenças mais antigas e terrí- veis da história da humanidade. Acredita-se que a infecção, causada por vírus, tenha acometido a es- pécie humana desde a Pré-História, cerca de 10.000 a.C., e matado, só no século XX, até 500 milhões de pessoas. Mas esse mal parece estar completamente afastado. A varíola foi a primeira doença conside- rada globalmente erradicada por uma vacina. O preparado criado pelo naturalista inglês Edward Jenner (1749-1823), no fim do século XVIII, é, tam- bém, a primeira vacina. Foi graças a ela que, em 1979, o vírus da varíola foi declarado eliminado do planeta. Hoje, pouquíssimas amostras desse agente patológico são guardadas a sete chaves em dois laboratórios, na Rússia e nos Estados Unidos. 31GE BIOLOGIA 2017 RESUMO Citologia SERES VIVOS Podem ser acelulares (vírus), unicelulares (bacté- rias, cianobactérias e protozoários) ou pluricelulares (animais e plantas). Todo ser vivo é composto de moléculas orgânicas, que constituem as proteínas (formadas de cadeias de ami- noácidos), os açúcares (monossacarídeos e polissacarídeos), lipídeos (gordura) e os ácidos nucleicos (DNA e RNA). CÉLULAS As procarióticas são células de estrutura muito simples, próprias de organismos primitivos, como bactérias. Elas não têm núcleo diferenciado, e o material genético fica solto no citoplasma. Além do DNA, o citoplasma dessas células abriga um único tipo de organela, o ribossomo. As procarió- ticas têm membrana plasmática (que controla a passagem de substâncias para dentro e para fora da célula) e parede celular, que lhe dá estrutura. As eucarióticas são células mais complexas, de animais e plantas. Nelas, o material genético fica isolado em um núcleo. E o citoplasma contém diversas organelas (como centríolos, lisossomos, ribossosmos, com- plexo de Golgi e mitocôndrias). Estas células têm apenas membrana plasmática. NÚCLEO CELULAR É composto de carioteca, cariolinfa, nucléolo e cromatina. A cromatina guarda as moléculas de DNA e prote- ínas, na forma de filamentos. Os genes são trechos do DNA que codificam proteínas. Durante a divisão celular, a cromatina se espiraliza, formando os cromossomos. Cada espécie tem um número fixo de cromossomos em todas as células somáticas. As células podem ser haploides (n) ou diploides (2n). ÁCIDOS NUCLEICOS São o DNA e o RNA. O DNA é uma dupla hélice formada de nucleotídeos e bases nitrogenadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). O RNA é formado de apenas um filamento de nucleotídeos e no lugar da timina tem a uracila (U). Existem três tipos de RNA: o mensageiro, o transportador e o ribossômico. DIVISÃO CELULAR Mitose é a divisão simples de uma célula- mãe que resulta em duas células-filhas com o mesmo número de cromossomos. É o processo de divisão das células somá- ticas nos humanos. Meiose é a divisão que resulta em quatro células-filhas com metade dos cromossomos da célula-mãe. É o processo de divisão das células germinativas (que formam os gametas). A meiose tem duas fases. A segunda é uma mitose. IMUNOLOGIA Antígenos são substâncias reconhecidas como estranhas pelo sistema imunológico. Os anticorpos são pro- teínas de defesa do organismo que entram em ação quando um antígeno ataca. Os macrófagos são células de defesa que engolfam e destroem elementos estranhos ao corpo. Os linfó- citos produzem anticorpos que atacam microrganismos fora das células. As células de memória reconhecem um antígeno depois de ter entrado em contato com ele. RESOLUÇÃO Analisando as informações contidas nas fichas recebidas pelos alunos: • Fernando: auxílio na formação de cílios e flagelos. Essa função é a função do centríolo (seta 3); • Giovana: associação ao RNAm para desempenhar sua função. O ribossomo (5) se associa ao RNA mensageiro (RNAm) para realizar a síntese proteica; • Carlos: a síntese de proteínas é feitas pelos ribossomos aderidos à membrana do retículo endoplasmático rugoso (1); • Rodrigo: sintetizar alguns glicídeos e modificar as proteínas, preparando- as para secreção é a função complexo de Golgi (2). • Mayara: a digestão de componentes desgastados da célula é feita pelo lisossomo (7); • Gustavo: a organela que tem estrutura própria para a síntese proteica é a mitocôndria (4), que abriga seus próprios ribossomos; • Lígia: a síntese (ou replicação) dos ácidos nucleicos DNA e RNA ocorre no núcleo da célula eucariótica (6). Carlos e Mayara correram para a organela indicada pela seta 7, o lisossomo, e só Mayara acertou. Fernando e Rodrigo correram para a seta 5, ribossomos soltos no citoplasma – ambos erraram. Giovana e Gustavo correram para a seta 4, mitocôndria – apenas Gustavo acertou. E Lígia escolheu o núcleo. Acertou. Resposta: A 3. (ENEM 2015) Tanto a febre amarela quanto a dengue são do- enças causadas por vírus do grupo dos arbovírus, pertencentes ao gênero Flavivirus, existindo quatro sorotipos para o vírus causador da dengue. A transmissão de ambas acontece por meio da picada de mosquitos, como o Aedes aegypti. Entretanto, embora compar- tilhem essas características, hoje somente existe vacina, no Bra- sil, para a febre amarela e nenhuma vacina efetiva para a dengue. MINISTÉRIO DA SAÚDE. Fundação Nacional de Saúde. Dengue: Instruções para Pessoal de combate ao vetor. Manual de Normas Técnicas. Disponível em: http://portal.saude.gov.br. Acesso em: 7 ago 2012 (adaptado). Esse fato pode ser atribuído à a) maior taxa de mutação do vírus da febre amarela do que do vírus da dengue. b) alta variabilidade antigênica do vírus da dengue em relação ao vírus da febre amarela. c) menor adaptação do vírus da dengue à população humana do que do vírus da febre amarela. d) presença de dois tipos de ácidos nucleicos no vírus da dengue e somente um tipo no vírus da febre amarela. e) baixa capacidade de indução da resposta imunológica pelo vírus da dengue em relação ao da febre amarela. RESOLUÇÃO Vacinas são feitas com antígenos, moléculas do agente causador da doença que, quando inoculadas no indivíduo, induzem a produção de proteínas de defesa chamadas anticorpos. Um determinado anticorpo só reconhece o antígeno para o qual foi produzido. O problema com o vírus da dengue é que ele apresenta uma alta variabilidade antigênica – ou seja, seus antígenos se alteram frequentemente, fazendo com que os anticorpos produzidos por uma vacina não funcionem por muito tempo. O vírus da febre amarela, por outro lado, é mais estável e, portanto, suscetível por mais tempo à ação dos anticorpos produzidos pelo indivíduo vacinado. Resposta: B 32 GE BIOLOGIA 2017 GENÉTICA 2 CONTEÚDO DESTE CAPÍTULO As Leis de Mendel .............................................................................................34 Tipos sanguíneos .............................................................................................38 Herança ligada ao sexo ..................................................................................41 Biotecnologia ....................................................................................................44 Como cai na prova + Resumo .......................................................................48 ESPIRAL DA VIDA O DNA guarda os genes que transmitem os códigos da vida. Mas a ciência ainda não sabe quais deles definem todas as características de cada um de nós A ciência da manipulação genética avança a passos cada vez mais acelerados. E, em paralelo, cresce a polêmica sobre os proce- dimentos de alteração do DNA, a macromolécula que, do núcleo celular, define as característi- cas hereditárias dos organismos unicelulares e pluricelulares. Um dos mais recentes episódios nesse assunto envolve a técnica CRISPR-Cas9, um método bem mais versátil e preciso do que os já empregados para a criação de organismos transgênicos, há anos usados na agricultura. O CRISPR-Cas9 emprega a enzima Cas9 para editar o DNA, cortando trechos defeituosos do genoma, que serão deletados e substituídos por uma nova sequência de genes do bem. A grande promessa da nova metodologia é eliminar genes defeituosos, que podem levar a doenças transmitidas de geração a geração, como o mal de Huntington, um distúrbio neurológico que afeta os movimentos e as faculdades men- tais. Pode possibilitar, ainda, o adestramento do sistema imunológico para prevenir o ataque de vírus como o HIV, causador da aids. De outro lado, cientistas temem que essa edição dos genes resulte numa casta de humanos customizados, com características como inteligência e apa- rência – o que criaria um novo tipo de injustiça, discriminação e desigualdade socioeconômica. Os defensores da nova técnica alegam que não há o que temer com o novo sistema. Recentemente, o Reino Unido autorizou o uso do CRISPR-Cas9 em pesquisas de laboratório. E pesquisadores chineses já alteraram o geno- ma de embriões humanos – apenas naqueles que apresentam alterações nos cromossomos que inviabilizam seu desenvolvimento. As pes- quisas chinesas mostram que a técnica ainda está longe de ser um procedimento preciso e seguro o suficiente para aplicação prática. Em várias tentativas, a ferramenta não acertou o alvo, equivocando-se no trecho eliminado, ou desordenando a divisão celular. Muitas características humanas são deter- minadas por genes de vários trechos do DNA, muitos deles ainda não localizados. Os micro- biologistas ainda não conseguiram, por exem- plo, identificar todos os trechos que contêm os genes responsáveis pela inteligência. Organismos geneti- camente modificados e as leis da transmis- são de características de pais para filhos são temas deste capítulo. A biotecnologia aumenta as possibilidades de manipulação do genoma para prevenir doenças. Mas muitos levantam barreiras éticas para o uso das novas ferramentas Benefícios e riscos de alterar os genes 33GE BIOLOGIA 2017 iSTOCK 36 GE BIOLOGIA 2017 Mendel atualizado MINORIA RECESSIVA Dos cinco irmãos, dois são albinos. A deficiência na produção de melanina aparece em quem tem dois genes recessivos para a doença Quando o trabalho de Mendel foi publi-cado, no fim do século XIX, os natu-ralistas da época não lhe deram muita atenção. Mas, cerca de um século depois, a descoberta da meiose confirmava que ele ti- nha razão: os genes (que Mendel chamou de fatores) ocorrem aos pares, mas, na reprodu- ção, apenas um deles é passado adiante, ou seja, dá-se uma segregação (separação). Essa segregação nada mais é do que o processo de meiose, a divisão celular responsável pela formação dos gametas (veja no capítulo 1). O trabalho de Mendel resultou na genética atual, que tem outros termos e outras interpretações para seus estudos: O que Mendel chamou de fatores sabemos hoje que são os genes – um segmento da molécula de DNA, que codifica uma proteí- na, cuja ação determina uma característica. A característica transmitida por um par de genes é chamada fenótipo (cor amarela ou verde, por exemplo). Já o conjunto de genes que definem essas características é A A A a a a 1 2 3 Este indivíduo é homozigoto porque tem genes alelos iguais (AA) em seus cromossomos homólogos Já o indivíduo que tem alelos diferentes (Aa) nos cromossomos homólogos é um heterozigoto, ou híbrido Um homozigoto pode, também, ter todos os alelos recessivos, como este indivíduo, que tem genótipo aa GENÉTICA AS LEIS DE MENDEL 37GE BIOLOGIA 2017 denominado genótipo (VV, Vv ou vv para as cores). Assim, uma ervilha de genótipo VvRr apresenta o fenótipo amarela lisa. Os biólogos sabem ainda que, na geração de um novo indivíduo, os genes do par que determina uma característica estão localizados na mesma região (mesmo lo- cus gênico) de cromossomos homólogos (veja mais sobre cromossomos homólogos no capítulo 1). São os genes alelos. Por exemplo, num indivíduo de genótipo Aa, o gene A é alelo do gene a. Na meiose, esses cromossomos homólogos se separam e se distribuem ao acaso nas células-filhas, o que permite uma grande variedade de combinações. O gene dominante (representado por uma letra maiúscula) manifesta um fenótipo, seja qual for seu alelo (uma ervilha será amarela se tiver como genótipo VV ou Vv). Já um gene recessivo (representado por uma letra minúscula) só se manifesta como fenótipo se tiver um alelo também recessivo: a ervilha será verde apenas no caso de ter o genótipo vv. Indivíduos de linhagem pura são aqueles que apresentam alelos iguais (como AA ou aa). São os homozigotos. Já os híbridos, resultantes do cruzamento de duas linha- gens, apresentam alelos diferentes (Aa). Estes são os heterozigotos. Variações sobre um mesmo tema Sabe-se hoje, também, que existem mecanis- mos de hereditariedade que não foram previstos por Mendel. É o caso da codominância, ou he- rança intermediária. Esse mecanismo ocorre quando os genes que compõem cada alelo são igualmente dominantes e, portanto, podem se manifestar e interagir para determinar um fe- nótipo. Exemplo de codominância é o que se dá com a flor maravilha (veja abaixo). Mendel também não verificou alguns resulta- dos que teriam confundido seu raciocínio. Em alguns casos, a combinação de dois genes iguais leva o animal à morte, antes mesmo do nasci- mento. É o que acontece com os camundongos. Neles, o pelo amarelo é o gene domi nante, e o preto, recessivo. No cruzamento entre amare- los híbridos (heterozigotos), o esperado seria que nascessem três amarelos para cada preto. Mas é comum que nasçam apenas dois animais amarelos para cada preto. Isso ocorre porque o gene que determina a pelagem amarela é letal quando aparece em dose dupla (homozigose). O embrião do camundongo homozigoto dominante chega a ser gerado, mas morre antes de nascer. 3. Já na segunda geração (F2), os genes de cada alelo podem combinar de diferentes maneiras, gerando alelos rw, rr e ww. Agora nascem flores rosa, brancas e vermelhas, na proporção de uma vermelha, uma branca e duas rosa 2. Qualquer que seja a combinação entre os genes, os alelos da geração F1 serão sempre rw. Como nenhum desses genes é dominante, o vermelho se mistura ao branco e nascem flores cor-de-rosa 1. A flor maravilha tem um alelo para a cor vermelha (com os genes rr) e outro para a cor branca (com os genes ww). Geração parental X XF1 1 2 1 F2 w w w w w r w r w r w r w r w r r r r r SAIBA MAIS DAS ERVILHAS AOS HUMANOS A segunda lei de Men- del pode ser observada em diversos fenótipos humanos. Por exemplo: do casamento entre um homem loiro, de cabelos lisos, e uma mulher mo- rena, de cabelos crespos, podem nascer filhos com quatro fenótipos: loiros de cabelos lisos, loiros de cabelos crespos, mo- renos com cabelos lisos ou morenos com cabelos crespos. SAIBA MAIS Por causa da primeira lei de Mendel, desacon- selha-se o cruzamento entre indivíduos aparen- tados – também chamado casamento endogâmico ou consanguíneo. A con- sanguinidade aumenta a possibilidade de que os dois pais carreguem um gene recessivo que determina uma doença ou vulnerabilidade do or- ganismo. Se herdar esse par de genes, o filho ma- nifestará a anormalidade. TERCEIRA ALTERNATIVA Como a flor maravilha manifesta seus genes codominantes ISTOCK 38 GE BIOLOGIA 2017 TUDO É VERMELHO, MAS PODE SER DIFERENTE O sangue pode ser do tipo A, B, AB ou O, dependendo da existência, ou não, de certos antígenos nas hemácias Regras de compatibilidade O sangue é a parte do organismo mais compartilhada entre os humanos. Por mais comuns que tenham se tornado os transplantes de alguns órgãos, como córneas, coração e rins, nada se compara ao número de transfusões sanguíneas realizadas no mundo hoje. Mas a história de sucesso das doações sanguíne- as, que podem salvar vidas nas cirurgias ou em atendimentos de emergência, é bastante recente. Houve um tempo em que o sangue era o com- ponente mais misterioso do corpo humano. Durante milênios, filósofos e naturalistas des- conheciam não apenas o sistema circulatório, mas também as substâncias que compõem esse fluido vermelho e as funções que ele desempe- nha. Foi o médico inglês William Harvey (1578- 1657) quem decifrou parte desse enigma (veja mais sobre o sistema circulatório no capítulo 4). As primeiras transfusões de que se tem notícia datam de pelo menos um século antes, em tenta- tivas que, muitas vezes, acabavam em fatalidade. Os médicos de antigamente não faziam a menor ideia de que o sangue de um doa dor podia es- tar contaminado por algum agente patológico. Muito menos imaginavam que, apesar de ser sempre vermelho, o sangue pode variar em sua composição química de uma pessoa a outra, e que essa variação podia levar a uma reação séria do sistema imunológico. Desde o início do século XX, os biomédicos sa- bem que, antes de uma transfusão, é preciso fazer um exame que indique se o sangue do doador é compatível com o tipo de sangue do receptor. Esses exames avaliam dois fatores determinados geneticamente e que variam de indivíduo para indivíduo: o sistema ABO e o sistema Rh. Exis- tem dezenas de sistemas de tipagem sanguínea, mas esses dois são os mais importantes. O que é o sangue O sangue é a via de comunicação do corpo, por onde trafegam o oxigênio, os nutrientes provenientes dos alimentos já digeridos e os sub- produtos do metabolismo – a série de reações químicas ocorridas no interior de cada célula –, que devem ser eliminados do organismo. O oxigênio é carregado na forma de oxie- moglobina pelas hemácias, os glóbulos ver- GENÉTICA TIPOS SANGUÍNEOS 41GE BIOLOGIA 2017 GENÉTICA HERANÇA LIGADA AO SEXO AZUL OU COR-DE-ROSA Os cromossomos sexuais X e Y, que definem o sexo, podem transmitir algumas características hereditárias, como o daltonismo As regras para o masculino ou o feminino Na maioria das espécies animais – mas não em todas –, o sexo é determinado antes do nascimento, pela genética. No caso da espécie humana, esses genes estão em dois pares de cromossomos especiais – os cromossomos sexuais X e Y. Isso significa que, dos 46 cromos- somos existentes em todas as células do corpo humano, 44 são autossomos e apenas dois são sexuais, ou seja, só dois carregam informações genéticas relacionadas ao sexo. Uma pessoa é do sexo feminino quando tem dois cromossomos X, e do sexo masculino quan- do tem um X e um Y. Lembrando: os gametas (células sexuais) têm apenas um cromossomo sexual. Então, as mulheres só produzem game- tas, ou seja, óvulos, com um cromossomo X. Já os homens formam metade de seus gametas (espermatozoides) com um cromossomo Y e a outra metade com um X. Isso significa que o que determina o sexo de um bebê é o esper- matozoide. O tamanho define a forma Recordando: durante a meiose, o processo de divisão celular que dá origem às células repro- dutivas, os cromossomos X e Y se emparelham e trocam informações (veja mais sobre meiose no capítulo 1). Mas a região em que os cromos- somos sexuais são homólogos é muito curta, pois o cromossomo Y é muito pequeno. Tem apenas cerca de 30 genes, sempre relacionados ao desenvolvimento das características sexuais masculinas. Todos os homens – e só os homens – herdam o cromossomo Y do pai. Portanto, só eles recebem essas características. Esse tipo de transmissão genética, que se dá apenas entre pai e filhos do sexo masculino, é chamado herança restrita ao sexo ou holândrica. É restrito ao sexo porque só eles recebem características como testículos. A herança holândrica permite, por exemplo, que se determine a paternidade de um garoto pela comparação do DNA do cro- mossomo Y dele com o do suposto pai. [1] ESTÚDIO PINGADO [2] ISTOCK Autossomos são cromossomos nos quais se encontram genes que codificam características comuns a machos e fêmeas. Esses cromossomos são iguais em homens e mulheres. [2] 42 GE BIOLOGIA 2017 Já o cromossomo X é muito maior e carrega outros genes, envolvidos com várias caracte- rísticas não diretamente relacionadas ao sexo, que podem se manifestar tanto nos filhos do sexo masculino quanto nos do sexo feminino. A transmissão dos genes da região não homóloga do cromossomo X é chamada herança ligada ao sexo ou ligada ao cromossomo X. Um exemplo de característica transmitida por herança ligada ao cromossomo X é o daltonismo, a dificuldade em identificar cores. Herança ligada ao sexo Para percebermos a diferença entre as cores, usamos determinadas células da retina cujo funcionamento depende de uma proteína im- portante. Essa proteína é sintetizada sob o co- mando de um par de genes que existe apenas no cromossomo X. E fica numa região de X em que não há genes correspondentes no cromossomo Y. O daltonismo é desencadeado por um alelo recessivo anormal nesse par de genes. Mas não são as mulheres as que mais apresen- tam o daltonismo como fenótipo. Ao contrário, os daltônicos, na maioria, são homens. Explica- -se: um menino recebe apenas um cromossomo X (o outro cromossomo é o Y, obrigatoriamente XD Y Não portador do gene Daltônico Portadora não afetada XD Y Xd Y XD Xd XD XD XD Xd Pai não portador Os homens têm apenas um cromossomo X. Então, este não tem um par de genes para a síntese da proteína, mas apenas um alelo dominante (XD). Ele não tem daltonismo nem é portador da anomalia Mãe portadora As mulheres têm dois cromossomos X. Esta mãe tem dois alelos para a síntese da proteína da retina (XD e Xd). Mesmo que o alelo recessivo d seja defeituoso, ela não desenvolverá o daltonismo, porque o dominante D controla a situação. Mas pode transmitir a doença Filha não portadora As meninas recebem um cromossomo X do pai e outro da mãe. Esta recebeu tanto do pai quanto da mãe o gene dominante (XD). Então, não é daltônica nem portadora da anomalia genética Filha portadora As garotas que recebem da mãe o recessivo d, mas do pai o dominante D, também não são daltônicas. Mas são portadoras da anomalia e, como sua mãe, podem transmiti-la aos filhos Filho daltônico Os filhos do sexo masculino recebem o cromossomo Y do pai. Se o cromossomo X recebido da mãe contiver o gene recessivo d anormal, este garoto será daltônico, pois não tem o gene dominante D para evitar a manifestação da desordem[2] Se você não for daltônico, perceberá o que está escondido na mancha O daltonismo é um defeito num alelo recessivo que só existe no cromossomo X. Mas se manifesta principalmente nos homens CADÊ O NÚMERO DAQUI? ELAS TRANSMITEM, ELES SÃO AS VÍTIMAS GENÉTICA HERANÇA LIGADA AO SEXO [1] 43GE BIOLOGIA 2017 herdado do pai). Se justamente esse cromos- somo X contiver o recessivo problemático, o garoto desenvolverá o distúrbio. Já uma garota, que recebe sempre dois cromossomos X (um do pai, outro da mãe), precisa ter dois genes recessivos anormais para se tornar daltônica. Veja no infográfico da página ao lado como se dá a transmissão do daltonismo. A hemofilia, que provoca a dificuldade de co- agulação do sangue, é outra doença transmitida por herança ligada ao cromossomo X. O gene defeituoso que causa a hemofilia, normalmente indicado como o recessivo h, é bem mais raro que o do daltonismo. Mas seu mecanismo de transmissão é o mesmo. E mais uma vez os ho- mens constituem a maioria dos que apresentam essa doença. Como as abelhas fazem Nem todas as espécies animais se reprodu- zem pela combinação de genes dos pais. As abelhas, por exemplo, podem se reproduzir de duas maneiras – e cada uma delas resulta em descendentes de sexos diferentes. Nos zangões, todas as células, sejam elas so- máticas, sejam elas reprodutivas, são haploides (n), ou seja, todas têm apenas um cromossomo de cada tipo, e não pares deles. Esses machos nascem de óvulos das abelhas fêmeas não fe- cundados. A reprodução se dá por partenogê- nese, um tipo de reprodução assexuada em que os óvulos se dividem por mitose, originando adultos haploides. Os zangões também usam a mitose para gerar suas células reprodutivas (os espermatozoides, ou gametas masculinos). Essas células são cópias perfeitas dos óvulos maternos que os originaram. Assim, um zangão transmite aos seus descen- dentes todos os genes que recebeu de sua mãe. Já as fêmeas têm células somáticas diploides (2n), mas óvulos haploides. Uma abelha fêmea é gerada de óvulos fecundados pelos zangões, ou seja, da combinação dos cromossomos do macho e da fêmea. A diferença entre as abelhas operárias e a abelha-rainha não surge na hora da reprodução, mas mais tarde, no tipo de alimentação que as larvas recebem. Aquelas que têm uma dieta básica originam as abelhas operárias, respon- sáveis pela proteção e limpeza da colmeia, pela procura de alimentos e pela preparação dos favos. Para nascer uma abelha-rainha, a larva tem de receber uma dieta especial, mais rica – a geleia real. A abelha-rainha tem como única função garantir a perpetuação da colmeia, por meio da reprodução. 1. Cada linha numerada em algarismos romanos representa uma geração. O círculo sempre representa uma mulher e o quadrado, um homem. 2. Círculos ou quadrados em cor representam indivíduos afetados, ou seja, que manifestam a característica em questão. O traço horizontal entre dois indivíduos indica que eles formam um casal. 3. Indivíduos representados com uma mesma cor têm fenótipos iguais. Neste casal, em branco, nenhum dos dois apresenta a característica pesquisada. 5. Indivíduos “pendurados” numa linha horizontal são irmãos. 6. Figuras associadas por traços inclinados e ligados por um traço horizontal são gêmeos monozigóticos (idênticos porque gerados de um único óvulo). 7. Estes meninos são filhos do casal 1 X 2, da geração II, de fenótipo igual. Um dos meninos (figura em cor) tem fenótipo diferente do dos pais. Isso significa que a característica existe nos genes dos pais, mas não se manifesta porque vem de um gene recessivo. Então o casal 1 X 2 é heterozigótico e dominante. 8. Este símbolo representa gêmeos dizigóticos (formados de dois óvulos). 4. Figuras cortadas por um traço representam indivíduos mortos. I II III 1 2 3 1 2 3 4 5 1 2 O heredograma mostra como um fenótipo se transmite ao longo das gerações MAPA DA HEREDITARIEDADE [1] ISTOCK [2] ESTÚDIO PINGADO SAIBA MAIS Uma mulher só é dal- tônica se tiver um par de alelos defeituosos e recessivos dd. E isso só ocorre se ambos, sua mãe e seu pai, tiverem esse gene recessivo. Já aos homens basta ter um único gene recessivo d. Para eles, qualquer ale- lo presente no cromosso- mo X tem o peso de um dominante e se expressa no fenótipo daltonismo. 46 GE BIOLOGIA 2017 assinatura única, que pode ser usada em testes de DNA para identificar um indivíduo através do seu material genético. Com gotas de sangue ou de sêmen, fios de cabelo ou pelos, a ciência forense comprova se um suspeito esteve no local do crime. Mais do que isso, como metade dessas regiões é herdada do pai e outra metade, da mãe, é possível identificar os pais biológicos de qualquer pessoa (veja o infográfico na pró- xima página). A decodificação do genoma humano não é menos polêmica do que os OGMs. Uma das preo cupações, neste caso, é com o direito à pri- vacidade de cada pessoa – e, portanto, o direito de não informar ao mundo seus traços genéticos. Outra preocupação é com o possível mau uso das informações genéticas de uma pessoa ou de um grupo delas, para efeito de discriminação. Teme-se, por exemplo, que um candidato a uma vaga de emprego não consiga a posição porque seus genes apontam uma tendência a desenvolver uma doença, como câncer. Células-tronco A biotecnologia não faz apenas a manipulação de genes, mas também de células-tronco. Essas células são como curingas. Transferidas para o meio de cultura adequado, podem crescer como células de qualquer tecido ou órgão. Existem três tipos de células-tronco. As embrionárias são encontradas na fase de desenvolvimento do embrião chamada blastocisto. Estas têm o maior potencial de transformação (são pluri- potentes). Existem células-tronco também no cordão umbilical, com um potencial menor, mas ainda muito grande. E há, por fim, as cé- lulas de tecidos adultos, com capacidade de se diferenciar em apenas alguns tipos de célula. Entre os três tipos, as embrionárias são as ide- ais, porque podem substituir qualquer tipo de célula de um tecido ou órgão doente – como os músculos atingidos por um infarto. Mas apro- veitar as células-tronco de um embrião exige um procedimento que esbarra em questões éticas: a clonagem humana. Os cientistas têm, então, buscado novos meios de obter células pluripotentes de células-tronco adultas. Clonagem Clonagem é o processo de reprodução asse- xuada que gera indivíduos de genoma idêntico ao do pai. É um processo natural entre bactérias e plantas. Quando se reproduzem, as bactérias simplesmente se dividem e criam dois clones. Na Como são feitos os testes que comprovam quem é o pai biológico de duas crianças A LEITURA DO CÓDIGO DE BARRAS 1. Sangue do meu sangue? O primeiro passo é coletar amostras sanguíneas das crianças, da mãe e do suposto pai. Desse sangue serão retiradas células, com o DNA no núcleo 2. DNA despedaçado Usando a enzima de restrição, que funciona como uma tesoura química, a molécula do DNA de cada uma das amostras é cortada em fragmentos 3. Corrida elétrica Os fragmentos são colocados em pequenos buraquinhos em uma das extremidades de uma lâmina de gel. Esse gel recebe, então, uma corrente elétrica, que impulsiona os pedaços de DNA numa espécie de corrida 4. Não é o papai A velocidade de cada fragmento depende de seu tamanho: os menores são mais rápidos. A ordem de chegada dos genes de cada amostra fica registrada em bandas. Aí é só comparar as bandas das amostras e identificar as coincidências entre a banda das crianças e a do suposto pai A mãe e o pai transmitem 50% de seus genes (ativos ou silenciosos) a cada um dos filhos. Assim, o material genético deles deve trazer trechos coincidentes com os dois progenitores Esta criança tem bandas coincidentes com as bandas do pai e da mãe As bandas deste filho coincidem com as da mãe, mas não com as do suposto pai. Ele não é o pai biológico MÃE PAI FILHO 1 FILHO 2 Regiões inativas da mãe Regiões inativas do suposto pai Regiões inativas nem da mãe nem do suposto pai[1] Células-tronco são células ainda não diferenciadas, ou seja, que não desenvolveram a especialização que fará delas células de pele, de coração ou de pulmão. Blastocisto é a fase inicial do desenvolvimento dos mamíferos no útero materno, em que as células ainda não se diferenciaram. Na espécie humana, o embrião se torna um blastocisto depois de cinco ou seis dias e contém cerca de 200 células-tronco. GENÉTICA BIOTECNOLOGIA 47GE BIOLOGIA 2017 espécie humana, gêmeos idênticos (univitelinos, que apresentam o mesmo material genético por ser originários de um mesmo zigoto) são clones. A polêmica em torno da clonagem tem a ver com a geração do embrião de um ser humano e, principalmente, com o uso desse clone para a retirada de células-tronco. A ciência já sabe como clonar um animal adulto. Uma das téc- nicas utilizadas por cientistas é a transferência do núcleo de uma célula somática, da qual se desprezam o citoplasma e a membrana, para um óvulo da mesma espécie, do qual se des- preza o núcleo. O resultado é uma célula com citoplasma de óvulo e núcleo de célula diploide, que poderá se desenvolver em um embrião que será implantado em um útero de aluguel. Foi assim que a ovelha Dolly, o primeiro clone de mamífero, foi criada, em 1996 (veja o quadro ao lado). A clonagem que deu origem à Dolly é cha- mada clonagem reprodutiva – aquela em que a célula manipulada é implantada no útero de uma fêmea. A produção de células-tronco em laboratório emprega outro tipo de clonagem – a clonagem terapêutica. Nela, o óvulo não é implantado no útero para se transformar num novo indivíduo, mas se desenvolve numa cultu- ra. Depois de cinco ou seis dias, o embrião entra na fase de blastocisto. E é então que os cientistas retiram as células-tronco para cultivá-las como células específicas deste ou daquele tecido. Polêmica A clonagem de qualquer tipo – reprodutiva ou terapêutica – é assunto polêmico. A repro- dutiva assusta porque traz embutida a ideia de que seja possível manipular os genes, gerando seres humanos “sob encomenda”. Já a oposição à clonagem terapêutica é mais forte nos meios religiosos, que não admitem a manipulação nem a destruição de um embrião, mesmo em sua fase inicial de desenvolvimento, para retirada de células-tronco. Para os religiosos, ainda que as células não tenham se especializado, o em- brião já constitui uma pessoa, um ser humano. E destruí-lo seria assassinato. Mas essa polêmica pode logo chegar ao fim. Equipes de cientistas têm anunciado a obten- ção de células-tronco com a potencialidade das embrionárias sem precisar de embriões. O segredo está em reprogramar células adultas com a introdução de características embrioná- rias em seu núcleo. Já foram produzidas cepas dessas células-tronco induzidas para estudo do tratamento de males como distrofia muscular e síndrome de Down (veja o infográfico acima). Mais células-tronco indiferenciadas Células-tronco embrionárias Estágio de blastocisto (cerca de 200 células) No laboratório, elas se multiplicam e produzem dois tipos de célula: Células-tronco pluripotentes que podem se transformar em qualquer tecido do corpo (coração, osso, músculo, etc.) Transferência nuclear O núcleo é removido e substituído por outro de uma célula adulta Transferência genética Os retrovírus transportam e inserem quatro genes que apagam a memória da célula adulta Células-tronco adultas Óvulo vazio Retrovírus Novo gene COM EMBRIÕES Elas são retiradas de embriões congelados no estágio de blastocisto (duas semanas depois da concepção, quando são um aglomerado de 200 células). Ainda é experimental 1. Núcleo celular substituído Núcleo celular Genes Núcleo celular Doador COM CÉLULAS-TRONCO ADULTAS Há vários métodos em desenvolvimento para a obtenção de células-tronco reprogramadas. Usa-se o material genético de um doador 2. As células-tronco pluripotentes podem ser obtidas de embriões ou de células-tronco adultas DOIS MEIOS PARA UM MESMO FIM SAIBA MAIS DOLLY (1996-2003) A ovelha inglesa Dolly foi o primeiro mamífero a ser clonado de uma célula so- mática adulta. O embrio- logista escocês Ian Wil- mut retirou o núcleo de uma célula da glândula mamária de uma ovelha e o inseriu como núcleo do óvulo de outra ovelha. O zigoto foi implantado nes - se segundo animal para se desenvolver. A ovelhi- nha nasceu normal. Mas morreu cedo, aos 6 anos de idade, com problemas nos pulmões e artrite. [1] ESTÚDIO PINGADO [2] MÁRIO KANNO/MULTISP [2] 48 GE BIOLOGIA 2017 COMO CAI NA PROVA 1. (FUVEST 2016) No heredograma a seguir, a menina II-1 tem uma doença determinada pela homozigose quanto a um alelo mu- tante de gene localizado num autossomo. A probabilidade de que seu irmão II-2, clinicamente normal, pos- sua esse alelo mutante é a) 0 b) 1/4 c) 1/3 d) 1/2 e) 2/3 RESOLUÇÃO Se a menina II-1 é portadora de uma doença determinada pela homozigose de um alelo mutante, e seus pais (I-1 e I-2) são normais, ou seja, não são doentes, podemos deduzir que a doença é causada por um gene recessivo (a) e os pais da menina são heterozigotos para essa característica (Aa). Se os pais fossem recessivos (aa), não poderiam ter uma filha com característica diferente deles. Se fossem homozigotos dominantes (AA), ou se pelo menos um dos pais fosse AA, também não poderiam ter uma filha com característica diferente deles, porque todos os descendentes receberiam pelo menos um alelo A e apresentariam a característica dominante, como a dos pais. Para determinar a probabilidade de o irmão II-2 ser portador do alelo mutante, fazemos o cruzamento entre os pais Aa: A a A AA Aa a Aa aa Sabemos que II-2 não é aa, pois não é portador da doença. Então, esse filho só pode ser Aa. E a probabilidade de que isso ocorra é de 2/3. Resposta: E 2. (UNESP 2016) Sílvio e Fátima têm três filhos, um deles fruto do primeiro casamento de um dos cônjuges. Sílvio é de tipo sanguí- neo AB Rh– e Fátima de tipo O Rh+. Dentre os filhos, Paulo é de ti- po sanguíneo A Rh+, Mário é de tipo B Rh– e Lucas é de tipo AB Rh+. Sobre o parentesco genético nessa família, é correto afirmar que a) Paulo e Mário são irmãos por parte de pai e por parte de mãe, e Lucas é filho de Sílvio e não de Fátima. b) Lucas e Mário são meios-irmãos, mas não se pode afirmar qual deles é fruto do primeiro casamento. c) Paulo e Lucas são meios-irmãos, mas não se pode afirmar qual deles é fruto do primeiro casamento. d) Paulo e Mário são meios-irmãos, mas não se pode afirmar qual deles é fruto do primeiro casamento. e) Lucas e Mário são irmãos por parte de pai e por parte de mãe, e Paulo é filho de Sílvio e não de Fátima. RESOLUÇÃO Organizando as informações sobre a família: fenótipo genótipo Sílvio (pai) AB Rh – IAIB rr Fátima (mãe) O Rh+ ii R_ Paulo (filho) A Rh+ IA_ R_ Mário (filho) B Rh – IB_ rr Lucas (filho) AB Rh+ IAIB R_ O segredo é analisar o fenótipo e o genótipo dos pais, Sílvio e Fátima: Sílvio apresenta os alelos IA e IB. E esses alelos estão presentes nos três filhos: IA em Paulo, IB em Mário, e IAIB em Lucas. Então, pelo sistema ABO, Sílvio pode ser pai de todos os meninos. Com relação ao sistema Rh, Sílvio é Rh–. Portanto, só apresenta alelos r. Esses alelos existem em Mário e os outros dois filhos também podem ter um alelo r (em Rr). Nesse caso, Paulo e Lucas teriam recebido R da mãe e r de Sílvio. Novamente, Sílvio pode ser pai de todos os meninos. Para Fátima: pelo sistema Rh, ela pode ser mãe dos três meninos. Acompanhe o raciocínio: se ela for Rr, terá transmitido R para Paulo e Lucas, e r para Mário. Mas essa possibilidade é derrubada pela análise do sitema ABO. Acompanhe: Fátima tem sangue tipo O, com os alelos ii. Então, ela pode ser mãe de Paulo e Mário, se eles forem IAi e IBi, respectivamente. Mas não pode ser mãe de Lucas, já que ele é AB e, portanto, não apresenta o alelo i. Concluindo: Silvio é pai dos três meninos. Fátima é mãe de Paulo e Mário, mas não de Lucas. Resposta: A 3. (ENEM 2015) A palavra “biotecnologia” surgiu no século XX, quan- do o cientista Herbert Boyer introduziu a informação responsável pela fabricação da insulina humana em uma bactéria para que ela passas- se a produzir a substância. Disponível em: www.brasil.gov.br. Acesso em 28 jul. 2012 (adaptado). As bactérias modificadas por Herbert Boyer passaram a produzir insulina humana porque receberam a) a sequência de DNA codificante de insulina humana. b) a proteína sintetizada por células humanas. c) um RNA recombinante de insulina humana. d) o RNA mensageiro de insulina humana. e) um cromossomo da espécie humana. RESOLUÇÃO Para que uma bactéria produza insulina humana, ela deve receber, por meio de engenharia genética, o gene que codifica a insulina, ou seja, a sequência de DNA codificante de insulina humana. Essa sequência de DNA humano é incorporada ao DNA bacteriano e o microrganismo passa a transcrever esse gene em RNA mensageiro, que será traduzido pelos ribossomos na proteína insulina. Essa bactéria é transgênica porque recebeu gene de outra espécie, a humana. Resposta: A I 1 1 2 2 II ISTOCK GE BIOLOGIA 2017 51
Há 4,6 bilhões de anos A Terra surgiu com o sistema solar. Por centenas de milhões de anos ficou sob intenso bombardeio de meteoros. O oceano era escaldante e a atmosfera, pobre em oxigênio Há 3,7 bilhões de anos Esta é a estimativa tradicional do surgimento dos primeiros seres vivos do planeta. Esses seres primordiais eram formados de uma única célula procariótica, que não tem núcleo isolando o material genético. Esse tipo de microrganismo tem metabolismo muito simples: para obter energia, absorve moléculas orgânicas e as degrada por fermentação. Descobertas recentes mostram que a Terra já oferecia condições de abrigar vida pelo menos 600 milhões de anos antes disso Há 3 bilhões de anos As cianobactérias começam a fazer a fotossíntese. Por esse processo, elas absorvem o dióxido de carbono liberado pelas bactérias fermentadoras e liberam oxigênio. Lentamente, a atmosfera vai se enriquecendo de oxigênio. Surgem os primeiros organismos a fazer respiração aeróbica, que rende mais energia que a fermentação.A camada de ozônio, que filtra a radiação ultravioleta do Sol, se formará bem mais tarde – 2,6 bilhões de anos depois Há 550 milhões de anos A explosão do Cambriano povoa os oceanos com uma imensa variedade de formas de vida, cada vez mais complexas. Surgem os primeiros filos e são definidas as primeiras espécies Há 500 milhões de anos A fauna marinha inclui os primeiros vertebrados do planeta – peixes parecidos com os atuais tubarões. Mas, 50 milhões de anos depois, essa fauna é dizimada na primeira extinção em massa, que elimina quase 60% dos gêneros existentes à época Há 400 milhões de anos Protegidos pela recém-formada camada de ozônio, alguns animais marinhos deixam a água e se tornam os primeiros animais terrestres. Há 370 milhões de anos ocorre uma segunda extinção em massa, que elimina 97% das espécies num período de 20 milhões de anos. Há 300 milhões de anos Surgem os anfíbios. A terra é colonizada por insetos e plantas que dão sementes. Há 250 milhões de anos, ocorre a terceira extinção em massa. Das espécies que sobrevivem ao cataclisma surgem os répteis 3ª1ª 2ª Extinção em massa Extinção em massa Extinção em massa O povoamento da Terra No início, o planeta não passava de uma esfera inóspita, de temperatura infernal e atmosfera pobre em oxigênio e gás carbônico. Aos poucos, moléculas orgânicas se organizaram em cadeias de aminoácidos, que se combinaram nos primeiros organismos. Nos bilhões de anos seguintes, a evolução foi marcada por uma série de eventos que culminaram na biodiversidade existente hoje 52 GE BIOLOGIA 2017 EVOLUÇÃO HISTÓRIA DA VIDA Há 2 bilhões de anos Com mais energia disponível, e sob a proteção da camada de ozônio, desenvolvem-se os primeiros seres unicelulares eucariontes, com núcleo definido e diversas organelas especializadas no citoplasma Há 1 bilhão de anos Os seres unicelulares se combinam e dão origem aos primeiros multicelulares, que são ainda simples demais para ser classificados no reino animal. Os primeiros animais – invertebrados marinhos, como águas-vivas – levariam outros 400 milhões de anos para surgir Há 230 milhões de anos Uma quarta extinção em massa elimina 96% das espécies marinhas. Os répteis sobreviventes evoluem em dinossauros, que dominam o mundo pelos 150 milhões de anos seguintes. Surgem os mamíferos Há 150 milhões de anos Surgem as aves e os vegetais que dão flores. Os dinossauros ainda reinam em todos os continentes. Mas os pequenos mamíferos continuam firmes De 65 milhões de anos atrás até hoje Os dinossauros são extintos na quinta extinção em massa. Tem início a era dos mamíferos. O gênero Homo só surgiria 62 milhões de anos depois. E o homem moderno, apenas entre 200 mil e 100 mil anos atrás Mamíferos Humanos Vegetais terrestres AnimaisMulticelular EucarionteProcarionte 5ª Se a Terra tivesse surgido há uma semana o Homo sapiens teria aparecido há 13 segundos 4ª Extinção em massa Extinção em massa 53GE BIOLOGIA 2017 [1] MÁRIO KANNO/MULTISP 56 GE BIOLOGIA 2017 EVOLUÇÃO LAMARCK E DARWIN BEM ANTENADAS Para Lamarck, os caracóis desenvolveram as antenas porque, no esforço de perceber o mundo a sua volta, concentraram fluidos nervosos na cabeça Teriam os seres vivos surgido com a com-plexidade que apresentam hoje, ou teriam eles se transformado no decorrer do tem- po? Durante milênios, filósofos e naturalistas debateram esse tema. Alguns filósofos gregos achavam que os organismos se modificavam. No século V a.C., Anaximandro já dizia que todos os bichos se desenvolveram na água e foram para a terra um dia. Mas Aristóteles e Platão acreditavam na imutabilidade das formas de vida. A ideia de que todos os animais e todas as plantas haviam surgido já prontos predominou durante a Idade Média. Àquela época, a filosofia cristã afirmava que Deus criara todos os seres vivos, assim como eles eram, para povoar o Jardim do Éden. As teorias fixistas predominaram até que, no século XVIII, a grande quantidade encontrada de fósseis mostrou que os animais antigos eram muito diferentes dos modernos. As primeiras ideias transformistas continuaram como meras especulações filosóficas. Até que, no início do século XIX, o naturalista francês Jean-Baptiste Lamarck (veja o quadro na pág. ao lado) propôs formalmente uma teoria da evolução. E, anos mais tarde, o inglês Charles Darwin apresentou a teoria em que se baseia toda a biologia atual. Lamarckismo A teoria que Lamarck publicou em 1809 é baseada em dois postulados, que serviram de base para o trabalho de Charles Darwin, anos mais tarde. São eles: Lei do uso e desuso: um órgão se desenvolve se é muito usado e se atrofia e acaba desapa- recendo se pouco utilizado; Herança dos caracteres adquiridos: as ca- racterísticas desenvolvidas por um ser vivo no decorrer de sua existência são transmitidas a seus descendentes. Lamarck não estava completamente errado nas duas ideias. De fato, um indivíduo pode en- fraquecer e seus músculos atrofiar se não fizer exercícios, e os sedentários sabem disso. Seu erro foi supor que essas eram leis que explica- vam a transformação de todos os organismos, desde os primórdios da vida na Terra, e que sua ação era imediata, de uma geração a outra. Ele não reconheceu a pressão que o meio ambiente exerce sobre as espécies, ao facilitar ou dificultar a vida de quem tem esta ou aquela característica. Para Lamarck, do mesmo modo como um ovo se desenvolve em embrião, depois em feto e, por fim, em organismo pronto, as espécies também se desenvolveram, por gerações a fio, de uma es- Como os seres vivos evoluem? A palavra evolução, em biologia, não tem nada a ver com progresso ou aperfeiçoamento. Significa, apenas, transformação. As teorias fixistas, que consideram o mundo natural como criação divina, imutável e permanente, são chamadas teorias criacionistas. [1] 57GE BIOLOGIA 2017 trutura mais simples para outras mais complexas. E os agentes dessas mudanças seriam os hábitos e as circunstâncias da vida desse organismo. Assim, os primeiros gastrópodes (como os caracóis) teriam surgido sem tentáculos. Mas a necessidade de perceber os objetos à sua volta teria levado esses animais a “concentrar fluidos nervosos” na região anterior do corpo. Esses fluidos estimulariam a formação de novas estru- turas, tecidos e órgãos, que seriam transmitidos às gerações posteriores. Lamarck acreditava, também, que o meio ambiente induzia a essas modificações. E aqui vem o velho exemplo da girafa: os primeiros exemplares desse animal teriam nascido com pescoço curto. Essa parte do corpo só foi se es- ticando porque ela precisava alcançar as folhas do alto das árvores. E cada indivíduo que tinha o pescoço mais comprido porque o tinha esticado muito durante a vida gerava todos os filhotes também com o pescoço comprido (veja abaixo). Darwinismo No mesmo ano em que Lamarck publicou suas ideias, nascia o inglês Charles Darwin. Filho de um médico bem-sucedido, vivia numa casa de campo, no interior da Inglaterra, e desenvolveu grande habilidade em observar organismos da natureza – particularmente minhocas. Tentou a medicina e não deu certo. Com muito custo, formou-se em teologia, para se tornar um clérigo. Mas foi uma viagem de cinco anos que definiu o futuro do jovem. Em 1831, Darwin embarcou no Beagle, um navio enviado pela Coroa britânica para atualizar os mapas das costas da América do Sul, África e Austrália. A função do jovem: observar e coletar amostras de seres vivos desses lugares. Darwin estava bem a par de algumas das mo- dernas teorias de sua época. Conhecia as ideias do geólogo Charles Lyell (1797-1875), segundo as quais o planeta era constante e lentamente remodelado por forças poderosas, como vulcões e terremotos. Conhecia, também, as observações feitas pelo naturalista alemão Alexander von Humboldt, que viajara pela América Latina. Por fim, Darwin sabia dos estudos em demografia de Thomas Malthus (1766-1834), segundo os quais o meio ambiente oferecia poucos recursos de sobrevivência em relação à quantidade de seres vivos que nasciam. Foi com base nessas ideias, mais a imensa quantidade de material coletado durante os cinco anos de navegação, que o jovem expedicionista desenvolveu a teoria da evolução das espécies pela seleção natural. Luta pela sobrevivência A teoria de Darwin é explicada em Sobre a Origem das Espécies, publicada em 1859. Apesar do título, o naturalista inglês não explica como surgiram as primeiras espécies do planeta, mas como as diferentes espécies se definem. Darwin baseia-se muito no que ele observou durante a viagem no Beagle, mas parte do co- nhecimento que ele tinha sobre a criação de animais. Ele observou que, dadas condições ideais, todos os animais em cativeiro sobrevi- Entenda a diferença entre a lei do uso e desuso e a seleção natural A VISÃO DE LAMARCK E DARWIN Para Lamarck Para Darwin Originalmente, as girafas tinham pescoço curto Para alcançar as folhas mais altas, elas foram espichando o pescoço, cada vez mais A cada geração, as girafas nasciam com o pescoço mais comprido. A evolução foi ditada por um hábito de vida dos seres vivos, que foi determinado pelo ambiente As girafas não eram todas iguais. Algumas nasciam com pescoço comprido, outras, com ele mais curto. As de pescoço comprido conseguiam se alimentar melhor Alimentando-se melhor, as de pescoço comprido sobreviviam até a idade de reprodução. E entre seus filhotes alguns também tinham pescoço comprido A cada geração, crescia o número de girafas de pescoço comprido. O ambiente apenas favoreceu um dos caminhos possíveis da evolução, selecionando essa característica [1] ISTOCK [2] ESTÚDIO PINGADO [2] É de Malthus a ideia de que as populações crescem em progressão geométrica (2, 4, 8, 16, 32...), enquanto a produção de alimentos cresce em progressão aritmética (2, 4, 6, 8, 10...). SAIBA MAIS JEAN-BAPTISTE LAMARCK (1744-1829) Antes de se dedicar ao estudo dos seres vivos, Lamarck foi soldado e bancário. Estudou qua- tro anos de medicina, mas acabou se entregando à sua paixão, a botânica. Foi o primeiro a organizar uma teoria evolucionista coerente. À luz da genéti- ca moderna, a herança de caracteres adquiridos não faz sentido: a molécula de DNA não pode ser quimi- camente alterada por há- bitos de vida. No entanto, sabe-se que a genética é muito mais do que a simples transmissão de genes. Em algumas situ- ações especiais, os genes podem não se alterar, mas se manifestar de manei- ra diferente, conforme pressões do ambiente ou do comportamento. Lamarck não foi definiti- vamente descartado. 58 GE BIOLOGIA 2017 EVOLUÇÃO LAMARCK E DARWIN vem. Mas o criador pode selecionar indivíduos com as características que mais lhe interessam para se reproduzir. Foi assim que se criaram as diferentes raças (subespécies) de galinhas, pombos e porcos. Se o homem é capaz de fazer essa seleção artificial, então a natureza deve fazer a própria seleção natural. Em resumo, pelo darwinismo, os seres vivos se desenvolvem com base na: Variação: os indivíduos não nascem todos iguais, ainda que descendam dos mesmos pais. Adaptação: as diferenças entre os indivíduos de uma geração interferem nas suas chances de sobrevivência. Quanto mais adaptado ao meio ambiente, maiores são as chances que um ser vivo tem de sobreviver. Seleção natural: a própria natureza se encar- rega de selecionar os indivíduos mais aptos: só vencem os desafios ambientais (escapar de predadores, encontrar alimento, resistir a alterações climáticas) os que nascem mais bem preparados. Os demais são eliminados. Descendência: ao se reproduzirem, os seres vivos bem adaptados que sobrevivem trans- mitem às novas gerações suas características favoráveis. Com o tempo, todos os indivíduos da espécie apresentam essas características. Longo prazo: a seleção natural não ocorre de uma geração para outra, mas ao longo de muitas delas. O próprio meio ambiente pode se alterar (com longos períodos de seca ou de frio, por exemplo), passando a exigir novas adaptações dos organismos para que eles sobrevivam. Darwin observou que as características dos indivíduos adaptados eram transmitidas a seus descendentes, mas não soube dizer como isso ocorre. Gregor Mendel estava ainda desenvol- vendo seus experimentos de hereditariedade com ervilhas, que só seriam publicados em 1865 e efetivamente conhecidos no início do século XX. Os tentilhões Uma das etapas mais produtivas da viagem de Charles Darwin – ao menos para a teoria evolucionista – foi a passagem pelo Arquipélago de Galápagos, no meio do Oceano Pacífico. Ali, o naturalista inglês observou um fato inicial- mente sem explicação: todas as ilhas do arqui- pélago eram habitadas por pássaros chamados tentilhões (uma ave do grupo dos tiés). Mas tentilhões de ilhas diferentes tinham bicos e hábitos de vida diferentes e viviam em hábitats distintos. Alguns tinham bico rombudo e muito forte. Outros, bico fino e pontudo. O que teria originado essa diversidade? Darwin deduziu que: Todas as espécies de tentilhões do arquipélago eram descendentes de uma única espécie, pro- vavelmente vinda do continente americano. O isolamento geográfico do arquipélago forçou os pássaros migrantes a cruzar só entre si. Assim, eles transmitiram a seus descendentes características próprias. O isolamento em diferentes ilhas também agiu como força evolutiva: no decorrer de gera- ções, a seleção natural favoreceu os pássaros que tinham o bico mais adequado ao alimento disponível no ecossistema de cada ilha. Assim, em algumas ilhas, sobreviviam melhor os pássaros com bicos fortes, capazes de quebrar nozes. Em outras, aqueles de bicos menores, mais adaptados a comer frutas e pequenos insetos (veja abaixo). No decorrer de milhões de anos, os tentilhões foram se diferenciando, até que se separaram completamente em 13 espécies distintas. É o que se chama processo de especiação. Hoje se sabe que a especiação pode seguir diversos caminhos (veja a Aula 4 deste capítulo). UMA HISTÓRIA DA EVOLUÇÃO Certidhea olivacea Vive nas florestas do arquipélago e tem o bico fino e comprido, ideal para catar pequenos insetos Geospiza fortis Natural de florestas tropicais do Arquipélago de Galápagos, este tentilhão usa o bico para quebrar sementes pequenas e macias Geospiza magnirostris Espécie provavelmente extinta, tinha o bico mais robusto de todos e vivia em zonas semiáridas das ilhas, onde o alimento mais abundante eram sementes duras Darwin notou que os tentilhões de Galápagos apresentavam diferentes tipos de bico [2] ISOLADOS E ÚNICOS O isolamento geográfico levou ao aparecimento de espécies exclusivas nas ilhas do Arquipélago de Galápagos, como esta iguana terrestre [1] 61GE BIOLOGIA 2017 em seu equipamento genético, as condições cessárias para a ocupação de um novo ambi que selecionará características presente indivíduos mais adaptadas às novas condições. Um dos melhores exemplos de irradiação adaptativa é o que ocorreu com os tentilhões de Galápagos estudados por Darwin. Originários do continente sul-americano, os tentilhões se irra- diaram para diversas ilhas do arquipélago, cada grupo adaptando-se às condições peculiares de cada ambiente e, consequentemente, originando as diferentes espécies hoje lá existentes (veja a Aula 2 deste capítulo). Nos processos de irradiação adaptativa ocorrem casos de homologia, ou seja, semelhança de ori- gem entre órgãos semelhantes, que podem apre- sentar forma e funções diferentes em indivíduos de espécies distintas com um ancestral comum. Por exemplo, um macaco sul-americano e um cachorro são mamíferos e, como tal, tiveram um ancestral comum, de quem herdaram suas caudas. As caudas são, então, estruturas homólogas, mas não desempenham a mesma função. Já as asas de um beija-flor (ave) e as de um morcego (mamí- fero) são homólogas por terem a mesma origem e, ainda, desempenharem a mesma função. São, portanto, estruturas análogas. Órgãos análogos podem, também, ter origens distintas. Convergência adaptativa No sentido inverso da irradiação adaptativa, o processo de especiação pode levar à conver- gência adaptativa. Ocorre quando animais pertencentes a grupos de parentesco distante têm morfologia semelhante, não em razão da herança de um eventual ancestral em comum, mas da adaptação ao meio. Um tubarão e um golfinho, por exemplo, parecem parentes muito próximos, se considerarmos que ambos são animais aquáticos. Mas os dois animais pertencem a grupos dis- tintos. O tubarão é peixe cartilaginoso, respira por brânquias e tem nadadeiras com membranas carnosas. O golfinho é mamífero, respira por pulmões e suas nadadeiras escondem ossos semelhantes aos dos membros superiores dos mamíferos. A semelhança morfológica existente entre os dois não significa parentesco evoluti- vo. Foi a vida num mesmo meio – mar – que selecionou, nas duas espécies, a forma corporal ideal ajustada à água. No processo de convergência adaptativa ocor- rem casos de analogia pura, não acompanhados de homologia, que não envolvem parentesco entre os animais. Assim, as nadadeiras anteriores de um tubarão (peixe) são análogas às de um golfinho (mamífero), mas não são homólogas porque ambas são resultantes de uma evolução convergente (de grupos de animais distintos). E as asas de uma borboleta (artrópode) são análogas às asas de um pardal (ave) por desem- penharem a mesma função. Um caso específico de convergência adap- tativa é o mimetismo, pelo qual um ser vivo assumea aparência de outro, ganhando uma vantagem competitiva. É o mimetismo quefaz com que algumas borboletas tenham nas asas um padrão semelhante a grandes olhos. Ou que algumas plantas tenham um perfume desagradá- vel, que lembra carne pobre, para atrair moscas, que farão a polinização. O mimetismo também ajuda na alimentação. A tartaruga-aligator, por exemplo, tem na língua um apêndice que lembra um verme, que serve de isca a pequenos peixes, que são devorados. Deriva Genética A deriva genética ocorre quando a frequência com que um alelo aparece numa população é alterada por um acontecimento aleatório, que não tem relação com a seleção natural – ou seja, a deriva ocorre ao acaso. E pode eliminar na população um alelo vantajoso, e manter ou- tro, neutro ou deletério. Se morrerem muitos indivíduos que apresentam determinado alelo, a proporção desse alelo diminuirá na população. INTIMIDAÇÃO NATURAL Para um predador, os círculos escuros nas asas desta borboleta podem parecer olhos de um animal grande. Com isso, o inseto se protege de um eventual ataque. Formatos, padrões e cores que disfarçam ou enganam constituem o mimetismo SAIBA MAIS SELEÇÃO NATURAL EM TEMPO REAL Às vezes, os cientistas testemunham um epi- sódio rápido de seleção natural. No fim dos anos 1970, um longo período de seca em Galápagos provocou uma mudan- ça adaptativa numa das espécies de tentilhão: os Geopiza fortis passaram a nascer com bicos 10% maiores. A explicação: a seca tornou escassa a oferta de sementes pe- quenas e macias, a dieta tradicional da espécie. As aves de bico maior, capazes de comer se- mentes maiores e mais rígidas, sobreviveram e se reproduziram, trans- mitindo à sua prole essa característica. [1] iSTOCK [2] FERNANDO MORAES [3][4] DIVULGAÇÃO ne- ente, s nos 62 GE BIOLOGIA 2017 COMO CAI NA PROVA 1. (UFRGS 2016) O gráfico abaixo apresenta a variação do nível de oxigênio na atmosfera em função do tempo. Adaptado de: DOTT, R., PROTHERO, D. Evolution of the Earth. New York: McGraw-Hill, 1994 Sobre o gráfico e os eventos nele assinalados, é correto afirmar que a) três bilhões de anos antes do presente não havia vida devido à escassez de oxigênio. b) o evento 1 corresponde aos primórdios do surgimento da fotossíntese. c) a respiração celular tornou-se possível quando os níveis de O2 na atmosfera atingiram uma concentração próxima à atual. d) o evento 2 refere-se à formação da camada de ozônio. e) o evento 3 dá início à utilização da água como matéria-prima para a produção de oxigênio. RESOLUÇÃO Analisando as alternativas: a) Incorreta. À época em que a vida surgiu na Terra, há 3,7 bilhões de anos não havia oxigênio livre (O2) na atmosfera. Mas existem seres que obtêm energia por respiração anaeróbica (fermentação). É o caso dos seres primordiais, organismos unicelulares procariontes. b) Correta. O processo de fotossíntese surgiu com as cianobactérias, que passaram a metabolizar o dióxido de carbono das bactérias fermentadoras e a liberar O2 na atmofera. Isso favoreceu a evolução de organismos que fazem respiração aeróbica, muito mais eficiente na obtenção de energia do que a fermentação. c) Incorreta. A respiração celular (aeróbica) começou a existir no início da liberação de oxigênio na atmosfera, há cerca de 3 bilhões de anos. d) Incorreta. A camada de ozônio se formou cerca de 400 milhões de anos atrás. O surgimento desse escudo contra a radiação ultravioleta permitiu que algumas formas de vida saíssem da água para a terra. e) Incorreta. A produção de oxigênio a partir da água ocorre no processo de fotossíntese, evento 1 no gráfico. (Veja fotossíntese no cap. 5.) Resposta: B 2. (ENEM 2015) Algumas raças de cães domésticos não conse- guem copular entre si devido à grande diferença em seus tama- nhos corporais. Ainda assim, tal dificuldade reprodutiva não oca- siona a formação de novas espécies (especiação). Essa especiação não ocorre devido ao(a) a) oscilação genética das raças. b) convergência adaptativa entre raças. c) isolamento geográfico entre as raças. d) seleção natural que ocorre entre as raças. e) manutenção do fluxo gênico entre as raças. RESOLUÇÃO Cães domésticos constituem uma espécie, dividida em diversas subespécies (raças). Segundo o texto, mesmo que cães de diferentes subespécies não consigam copular por diferença de tamanho, todos pertencem à mesma espécie – ou seja, nenhuma raça se transforma numa nova espécie. É claro que, mesmo com as diferenças de tamanho, nenhuma das raças é totalmente impedida de copular com outra raça. Assim, seja de que raça for, os cães continuam trocando genes de sua espécie. Essa troca de genes é o que se chama fluxo gênico. Resposta: E 3. (UEG 2016) A figura a seguir apresenta a árvore filogenética in- dicando que o hipopótamo é o parente evolutivo mais próximo da baleia. Entretanto, outros animais como crocodilos e rãs, que pos- suem ancestrais diferentes dos hipopótamos e demais apresenta- dos na árvore, possuem a característica comum de que, quando estão com seus corpos submersos na água, mantêm os olhos e as narinas alinhados, rentes à superfície da água. LINHARES, S.; GEWANDSZNAJDER, F. Biologia Hoje. São Paulo: Ática, 2. ed. p. 162, 2013. A semelhança indicada no texto resulta de a) convergência adaptativa b) irradiação adaptativa c) deriva genética adaptativa d) mimetismo adaptativo RESOLUÇÃO Analisando as alternativas: a) Correta. A convergência adaptativa ocorre quando organismos de parentesco distante desenvolvem características comuns, não por terem um ancestral em comum, mas por adaptação a seu ambiente. b) Incorreta. Irradiação adaptativa acontece quando organismos com ancestral em comum se espalham em grupos que, ao avançar sobre novos meios, sofrem adaptações que lhes conferem vantagem adaptativa. Mas o enunciado informa que rãs, crocodilos e hipopótamos não descendem de um mesmo ancestral. c) Incorreta. Deriva genética ocorre em seres de uma população, ou seja, seres da mesma espécie. Não é o caso apresentado na questão. d) Incorreta. O mimetismo é o fenômeno pelo qual um ser vivo tem a aparência de outro. Com isso um animal pode, por exemplo, camuflar-se no meio ambiente e, assim, escapar de predadores. Este não é o caso entre rãs, crocodilos e hipopótamos, pois, apesar da característica em comum, esses animais não se parecem. Resposta: A 63GE BIOLOGIA 2017 RESUMO Evolução ORIGEM DA VIDA Segundo a teoria heterotrófica, os primeiros seres viviam em mares ricos em nutrientes e numa atmosfera sem oxigênio nem gás carbônico. A energia para o metabolismo era obtida por fermentação. Os primeiros seres fotossintetizan- tes introduziram o oxigênio na atmosfera. Surgiram, então, os primeiros seres aeróbios, que obtêm energia pela respiração. LAMARCK O naturalista francês acreditava que o ambiente in- duzia o organismo a se modificar e, assim, se adaptar melhor ao meio. Segundo a lei do uso e desuso, um órgão se desenvolveria se fosse muito usado, e se atrofiaria e desapareceria se pouco usado. O pescoço das girafas seria longo de tanto os animais esticarem a cabeça para alcançar as folhas mais altas das árvores. As características desenvolvidas por hábitos de vida seriam trans- mitidas aos descendentes (herança dos caracteres adquiridos). DARWIN Numa viagem de cinco anos pela América do Sul, África e Austrália, Charles Darwin fez observações que o levaram à ideia da evolução por seleção natural. Segundo o darwinismo, a seleção natural é um processo de longo prazo. Os indivíduos nascem com pequenas diferenças. Algumas dessas diferenças facilitam sua sobrevivência. Ao se reproduzirem, esses indivíduos transmitem a característica favorável a seus descendentes. O meio ambiente não induz a nenhuma variação, apenas funciona como “filtro”, que seleciona os organismos mais adaptados (mais aptos a sobreviver). Mas Darwin não tinha ideia de como surgiam as características a ser filtradas em cada organismo. O NEODARWINISMO, ou teoria sintética da evolução, afirma que a evolução se dá sobre dois pilares: o rearranjo dos genes e as alterações bioquímicas que ocorrem aleatoriamente nos genes. Tais alterações podem acontecer por acidentes no processo de duplicação do DNA, ou ser induzidas por forças ambientais (como radiação), mas jamais são orientadas para esta ou aquela finalidade. A seleção natural trata de selecionar a mutação que torna o indivíduo mais adaptado. IRRADIAÇÃO E CONVERGÊNCIA ADAPTATIVA Irradiação adaptativa é o desenvolvimento de variações em espécies apa- rentadas que habitam ambientes diversos (o bico dos tentilhões de Darwin). Convergência adaptativa é o desenvolvimento de estruturas análogas em espécies não aparentadas, por força da adaptação a um mesmo meio (nadadeiras no tubarão e na baleia). Mimetismo é um tipo de convergência adaptativa, pelo qual um ser vivo assume a aparência de outro, ganhando com isso uma vantagem para sobrevivência. DERIVA GENÉTICA É o mecanismo pelo qual um acontecimen- to aleatório altera a frequência de determinado alelo numa população. Essa alteração ocorre ao acaso – ou seja, não é provocada por seleção natural. A deriva pode afetar alelos neutros, benéficos ou deletérios. 4. (UNIFESP 2016) No fim de abril, ao anunciar onde a duquesa de Cambridge, Kate Middleton, daria à luz sua filha, herdeira do prín- cipe William, a imprensa mundial noticiou que uma ala do Hospi- tal de St. Mary, em Londres, havia sido fechada em decorrência de um pequeno surto de superbactéria. Se uma instituição frequen- tada por um casal real pode passar por uma situação como essa, dá para ter noção do desafio enfrentado diariamente por profis- sionais do mundo inteiro para lidar com microrganismos multir- resistentes. http://noticias.uol.com.br. Adaptado. a) Tendo por base a biologia evolutiva, explique como uma colônia de bactérias pode dar origem a uma nova linhagem resistente ao antibiótico que até então era eficiente em combatê-la. b) Na reprodução das bactérias, o processo que leva à formação de novas células assemelha-se mais à meiose ou à mitose? Justifique sua resposta. RESOLUÇÃO a) A vulnerabilidade de uma bactéria a um antibiótico é definida por genes. Se ocorre uma mutação nos genes, essa vulnerabilidade pode ser alterada. No caso da resistência a antibióticos, ao se reproduzir, a bactéria mutante transmite o novo gene a suas filhas, que, por sua vez, a transmitirão a suas filhas, e assim por diante. Aos poucos, a colônia terá grande número de bactérias de uma linhagem resistente. b) Bactérias se reproduzem por reprodução assexuada (cissiparidade ou bipartição). Duplicam o cromossomo e dividem o citoplasma, formando duas células filhas, cada uma delas com os mesmos genes da mãe. 5. (PUCPR 2016, adaptada) Em outubro de 2010, a Anvisa, após al- guns hospitais brasileiros sofrerem com um surto da bactéria “KPC”, resolveu proibir a venda de antibióticos sem receita médica pelas farmácias. Com a nova regra, a receita médica para antibióticos fi- cará retida na farmácia junto com os dados do comprador. A vali- dade da receita é de 10 dias, o que obriga o paciente a procurar no- vamente o médico em casos de persistência da doença. Um dos ob- jetivos da regra é mudar o hábito do brasileiro de se automedicar, uma vez que o uso indiscriminado de antibióticos pode provocar a) a resistência microbiana, a qual pode tornar a bactéria resistente ao medicamento, uma vez que o uso indiscriminado de antibióticos pode induzir novas formas de bactérias. b) a aquisição de resistência por indução de componentes antimicrobianos; com isso, as bactérias geram cepas capazes de suportar os antibióticos. c) a necessidade de mudança por parte da população bacteriana, que se torna resistente por alterações genéticas impostas pelo uso dos antibióticos. d) a redução da eficácia dos antibióticos devido à seleção de organismos resistentes. RESOLUÇÃO Antibióticos não provocam nem induzem nenhum tipo de alteração gênica. O que faz uma colônica se tornar resistente é a seleção natural: bactérias que têm um gene mutante se replicam e transmitem suas características a suas filhas. Por resistirem ao agente agressor (antibiótico), essas novas bactérias são as que mais sobrevivem e mais rapidamente se reproduzem. Daí o antibiótico deixa de surtir efeito. Resposta: E 66 GE BIOLOGIA 2017 Poríferos São as esponjas, que têm poros e canais para circulação da água e nutrientes Cnidários ou celenterados Corais e águas-vivas, cujo corpo tem um tecido gelatinoso chamado mesogleia e uma cavidade digestiva interna. Apresentam células urticantes Também chamado Metaphyta ou Plantae. Pertencem a este reino seres pluricelulares autótrofos, que têm células revestidas de uma parede de celulose. São os vegetais terrestres (veja vegetais no capítulo 5) Também chamado Reino Fungi, reúne todos os fungos – seres eucariontes, sejam eles unicelulares, sejam pluricelulares Também chamado Reino Metazoa ou Animalia. Inclui organismos pluricelulares e heterótrofos. Os vertebrados fazem parte do filo dos cordados. Já os invertebrados se distribuem por diversos filos REINO ANIMAL REINO VEGETAL REINO DOS FUNGOS Seres unicelulares eucariontes. Fazem parte deste reino algas e protozoários, como giárdias, amebas e tripanossomas São organismos unicelulares procariontes, como bactérias e cianobactérias REINO MONERA REINO PROTISTA Musgos Briófitas Samambaias Pteridófitas Pinheiros Gimnospermas Plantas com Angiospermas flores e frutos A CLASSIFICAÇÃO DO HOMEM MODERNO Cada filo é dividido em subfilos, classes, ordens, famílias, gêneros e espécies. É o que se chama classificação taxonômica. Veja as categorias taxonômica do Homo sapiens REINO FILO SUBFILO CLASSE ORDEM FAMÍLIA GÉNERO ESPÉCIE Animal Cordados Vertebrados Mamíferos Primata Hominidae Homo sapiens Os diferentes ramos da evolução Os animais constituem um dos cinco reinos da natureza. E, como os demais seres do planeta, surgiram da evolução de um organismo unicelular procarionte. Na árvore filogenética, os animais são classificados por filo, conforme as principais características BIOLOGIA ANIMAL ÁRVORE DA VIDA 67GE BIOLOGIA 2017 Aves Bípedes, ovíparos, com a pele revestida de penas, bico e ossos pneumáticos. São endotérmicos (de sangue quente) Anfíbios Animais que passam parte da vida na água e outra parte em terra, como rãs e sapos. Na água, respiram por brânquias. Em terra, por pulmões. Também fazem troca gasosa pela pele Répteis Animais ectotérmicos (de sangue frio) e pele recoberta de escamas córneas (cobras e lagartos) ou placas ósseas (tartarugas) Peixes Animais aquáticos, de sangue frio, dotados de nadadeiras e que respiram por guelras ou brânquias Mamíferos É a classe mais evoluída dos cordados. Têm o corpo coberto de pelos e glândulas mamárias que produzem, nas fêmeas, leite para os filhotes. Endotérmicos, sua temperatura corporal é controlada pelo cérebro Platelmintos Parasitas, como a tênia e o esquistossomo. Corpo achatado e mole, sem patas. Não têm sistema respiratório nem circulatório Nematelmintos Vermes cilíndricos de corpo não segmentado. Incluem alguns parasitas humanos, como a lombriga Moluscos Seres de corpo mole, não segmentado, como lesmas, lulas e polvos. Podem ser marinhos ou terrestres. Anelídeos Vermes com corpo segmentado em anéis, como as minhocas e sanguessugas. Na maioria das vezes, são hermafroditas Artrópodes É o filo com o maior número de espécies do reino animal. Inclui as classes dos crustáceos (caranguejos), aracnídeos (aranhas), diplópodes (centopeias) e insetos – animais com apêndices articulados, corpo segmentado em cabeça, tórax e abdome e exoesqueleto de quitina Equinodermos Animais marinhos de esqueleto interno calcário, como estrelas-do-mar e pepinos-do-mar Cordados São animais que apresentam, em algum estágio da vida, notocorda (estrutura de sustentação, da cabeça à cauda), tubo neural na região dorsal e fendas branquiais na faringe. Vertebrados é um subfilo dos cordados. São animais que têm esqueleto interno, ósseo ou cartilaginoso, coluna vertebral, cérebro e medula espinhal. CORDADOS, VERTEBRADOS E INVERTEBRADOS CORDADOS VERTEBRADOS Invertebrados Não existe uma categoria científica específica para os invertebrados. O termo foi criado por Carlos Lineu, para indicar os animais que não têm coluna vertebral. Existem invertebrados em vários filos, como os dos cnidários e dos poríferos. MÁRIO KANNO/MULTISP 68 GE BIOLOGIA 2017 TUDO IGUAL, MAS DIFERENTE Borboletas, que são insetos de uma mesma ordem – a dos lepidópteros –, apresentam imensa variedade de gêneros e espécies Os primeiros sistemas de classificação dos seres vivos apareceram ainda na Antiguidade, e dividiam os animais entre vertebrados e invertebrados. À medida que o conhecimento em biologia avançou, novos siste- mas surgiram. Um dos mais usados atualmente é o criado pelo ecologista norte-americano Robert Whittaker, em 1960. Essa taxonomia moderna segue um sistema de classificação que data do século XVIII, atribuído ao sueco Carlos Lineu. O sistema de Whittaker divide os seres vi- vos segundo o tipo de suas células – procarió- ticas ou eucarióticas –, o número de células – unicelulares ou pluricelulares – e na forma de nutrição – autótrofos (que produzem o próprio alimento) ou heterótrofos (que ad- quirem alimento do meio ambiente). Assim, os seres vivos se distribuem por cinco rei- nos: Monera, Protista, dos Fungos, Vege- tais e Animais (veja o infográfico na pág. 66). Uma hierarquia para os seres vivos CARLOS LINEU (1707-1778) Também conhecido pelo nome em latim, Carolus Linnaeus, foi um botânico sueco, considerado o pai da taxonomia moderna e, por muitos, o primeiro ecologista. A nomenclatura binomial (que identifica cada organismo por gênero e espécie, como Homo sapiens) já existia havia 200 anos quando Lineu trabalhou sobre seu sistema. Mas ele foi o primeiro a fazer uso prático dessa norma, para nomear plantas e animais. Na décima edição de sua principal obra, Systema Naturae, de 1758, Lineu listou 4,4 mil espécies animais e 7,7 mil vegetais. A popularização do sistema binomial foi um dos fatores que deram grande impulso à biologia nos séculos seguintes. BIOLOGIA ANIMAL CLASSIFICAÇÃO CIENTÍFICA 71GE BIOLOGIA 2017 CARACTERÍSTICAS DE ALGUNS INVERTEBRADOS Os invertebrados pertencem a vários filos. Aqui você conhece os principais deles PORÍFEROS São as esponjas, animais aquáticos fixos, extremamente simples, sem tecidos definidos nem sistema nervoso. Certas células cumprem a função de órgãos: os coanócitos (células com flagelos) fazem a água circular por dentro da esponja. E as células ameboides fagocitam o que por elas passar, digerem e distribuem o alimento às demais células do organismo. CNIDÁRIOS OU CELENTERADOS Seres aquáticos, como corais, águas-vivas, anêmonas, caravelas e hidras. Podem ser de dois tipos: pólipos, que ficam presos em um substrato, ou medusas, de vida livre. Sem ânus, livram-se dos resíduos orgâni- cos pela mesma abertura que serve de boca. Têm uma rede de células nervosas e outras células urticantes venenosas (cnidoblastos), que paralisam as presas e funcionam como arma de defesa. PLATELMINTOS Vermes de corpo achatado, como planárias, solitárias e esquis- tossomos. Como os cnidários, não têm ânus, apenas boca, e alguns nem isso. Os que são parasitas conjugam sua circulação com a do organismo hospedeiro. Apresentam gânglios nervosos e, às vezes, ocelos que acusam a presença de luz. NEMATELMINTOS Vermes de corpo cilíndrico e afilado. Muitos são parasitas, como a lombriga e o ancilóstomo. O tubo digestório é completo, com boca e ânus. O sistema excretor é formado de tubos longitudinais ou células ventrais. O nervoso é constituído de um anel em volta do esôfago, de onde partem cordões nervosos. ANELÍDEOS Incluem as minhocas, as sanguessugas e os vermes marinhos (poli- quetas). Têm o corpo segmentado em anéis (ou metâmeros), que repetem alguns órgãos, como os nefrídeos (rins). Apresentam sistema circulatório fechado e sistema nervoso ganglionar. ARTRÓPODES Animais com corpo protegido por exoesqueleto de quitina, seg- mentado em cabeça, tórax e abdome. Têm, também, apêndices articulados (patas, antenas, quelíceras e asas). Constituem o maior grupo de animais da Terra, representando 80% de todas as espécies conhecidas, e está dividido em diversas classes. Os mais conhecidos são: insetos (barata, borboleta, mosca, pulga, formiga), crustáceos (camarão, lagosta, siri, caranguejo), aracnídeos (aranhas e escorpiões), quilópodes (centopeias, lacraias) e diplópodes (piolhos de cobra). O sistema respiratório dos insetos, quilópodes e diplópodes é traqueal, que leva oxigênio direto aos tecidos sem envolver o transporte pelo sangue. Os aracnídeos respiram através de filotraqueias, e os crustáceos, por brânquias. Nessas duas classes, os gases são transportados pelo sangue. MOLUSCOS Animais de corpo mole, não segmentado, como caramujos, lesmas, ostras, polvos e lulas. Muitos têm alguma estrutura rígida, como conchas. Apre- sentam o corpo dividido em cabeça, com órgãos sensoriais, massa visceral e pé musculoso, que pode ser especializado em tentáculos. As formas aquáticas têm respiração branquial, e as terrestres, cutânea. Os caracóis de jardim apresentam um órgão semelhante aos pulmões. EQUINODERMAS Animais marinhos com endoesqueleto (esqueleto interno) de placas calcárias articuladas com espinhos, coberto com uma fina camada de tegumento (pele). Apresentam simetria radial. Pertencem a esse filo as estrelas- -do-mar, ofiúros, pepinos-do-mar e ouriços-do-mar. Os equinodermas são con- siderados o filo mais próximo dos cordados, pois se assemelham a estes durante o desenvolvimento embrionário. [2] SAIBA MAIS ONDE FICA O CÉREBRO DA MINHOCA Minhoca não tem cérebro. Como a maioria dos inverte- brados, os anelídeos não possuem um ór- gão nervoso central, mas um sistema ner- voso ganglionar, ou seja, formado de pequenos gânglios espalhados por di- versas partes do cor- po, principalmente o ventre. As minhocas também não têm um único coração. O sangue é distri- buído por um vaso sanguíneo dorsal e outros vasos meno- res, que se repetem pelos segmentos. Isso também aconte- ce com os nefrídios, que cumprem a fun- ção dos rins. [1] iSTOCK [2] ESTÚDIO PINGADO 72 GE BIOLOGIA 2017 MENTE ESPERTA, ESPINHA ERETA Todos os verbebrados, como este anfíbio, têm coluna vertebral e sistema nervoso central, com o cérebro no comando A turma dos bem-estruturados Os invertebrados não constituem uma categoria científica de classificação. Mas os vertebrados, sim: são um subfilo dos cordados. Nos vertebrados, a notocorda desapa- rece durante o desenvolvimento embrionário e é substituída pela coluna vertebral. O tubo neural dorsal origina o sistema nervoso central, com cérebro e medula. As fendas branquiais podem ou não permanecer no adulto, dependendo do hábitat do animal. Nos peixes permanece e nos mamíferos terrestres não. O subfilo dos vertebrados inclui mais de 50 mil espécies, divididas em duas grandes superclasses: peixes e tetrápodes (animais com quatro membros). A superclasse dos peixes, ou pisces, inclui as classes: Agnatha: animais aquáticos sem mandíbulas, como as lampreias e feiticeiras. Chondrichthyes: peixes cartilaginosos, como tubarões e arraias. Osteichthyes: peixes ósseos, como salmão, sardinha, dourado. A superclasse tetrápode inclui as classes: Amphibia: sapos, rãs, pererecas e salaman- dras. A pele é úmida, sem escama e pouco queratinizada. Reptilia: cobras, lagartos, jacarés, crocodi- los e tartarugas. A pele é impermeável, com muitos anexos epidérmicos (escamas, placas, garras). Os répteis foram os primeiros ani- mais a se reproduzir fora da água, graças ao aparecimento dos ovos com casca. Aves: pardais, galinhas, avestruzes, pinguins. Pele revestida de pena e membros anteriores transformados em asas. Também apresentam ovo com casca. Mammalia: ornitorrinco, canguru, baleia, cão, rato, boi, homem e morcego. São os ma- míferos, animais recobertos de pelo e que apresentam glândulas mamárias. Entre os cordados, as aves e os mamíferos são animais homeotérmicos (ou endotérmicos), ou seja, mantêm a temperatura corporal constan- te, independentemente da temperatura do meio ambiente. São os animais de sangue quente. Os BIOLOGIA ANIMAL VERTEBRADOS [1] 73GE BIOLOGIA 2017 demais cordados (anfíbios, répteis e peixes) são pecilotérmicos (ou ectotérmicos): a temperatura corporal varia de acordo com a temperatura do meio ambiente. Desenvolvimento embrionário Todos os vertebrados e invertebrados são ge- rados por reprodução sexuada. Então, começam a vida como um ovo (ou zigoto) – o óvulo (ga- meta feminino) fecundado pelo espermatozoide (gameta masculino). Nos invertebrados, o processo de desenvol- vimento embrionário é muito simples. Mas, nos vertebrados, esse desenvolvimento é mais complexo, passando por várias fases até chegar ao estágio de larva, como um girino, ou de filhote já com a forma parecida com a do animal adulto, como um bezerro. Alguns vertebrados chocam os ovos dentro do próprio corpo e só os liberam quando os filhotes já estão prontos para nascer. Esse tipo de animal é chamado ovovivíparos. É o caso de muitas cobras. Outros vertebrados põem ovos que têm de se desenvolver fora do corpo materno. É o caso de peixes, anfíbios, aves e da maioria dos répteis – os ovíparos. Entre peixes e anfíbios, os ovos são pos- tos na água, e a maioria se desenvolve em larva. Livre no meio ambiente, a larva se encarrega, ela mesma, de se alimentar e se defender até chegar à idade adulta. Daí que os ovos não precisam ser muito equipados. Mas em ovíparos terrestres, como aves e répteis, a história é diferente. Para sobreviverem à gestação longe do ventre materno, os ovos carregam todo um arsenal que permite ao embrião proteger-se, nutrir-se e manter-se hidratado – os anexos embrionários. Já os mamíferos são vivíparos – os filhotes nascem fora do ovo. Nesse caso, as partes externas dos anexos embrionários, destinados à proteção, transformaram-se, no decorrer de milhões de anos de evolução, nas estruturas de conexão com o útero materno, como a placenta (veja o infográfico abai- xo). O desenvolvimento de um embrião humano envolve três fases bem distintas (veja na pág. 74) O embrião está protegido por um ovo com casca. Dentro do ovo há reserva de alimentos e estruturas que permitem sua sobrevivência fora da água Tem estruturas em comum com o ovo de galinha, mas com adaptações. O alantoide e o saco vitelínico ficam incorporados ao cordão umbilical DIFERENTES FORMAS DE PROTEÇÃO Alantoide Responsável pela excreção e pela respiração Casca Retém o embrião e os anexos embrionários, que lhe permitem sobreviver fora da água Embrião Saco vitelínico A gema, que fornece alimento Âmnio Bolsa com líquido, que protege contra choques e mantém o embrião hidratado Córion Película que reveste a casca, internamente, e protege o embrião OVO DE AVE EMBRIÃO HUMANO Embrião Saco vitelínico Como o embrião é alimentado pelo sangue da mãe, o saco é bem menor e tem a função de produzir hemácias Cordão umbilical Era o antigo alantoide, responsável pela excreção Bolsa amniótica Contém o líquido que protege o bebê. Nas aves, corresponde ao âmnio Córion Adere à parede do útero, formando reentrâncias da placenta [2] [2] Anexos embrionários são estruturas formadas pelas células de um embrião. Não fazem parte do organismo do animal, mas ajudam no seu sustento. SAIBA MAIS TODOS OS SUBFILOS DOS CORDADOS O filo dos cordados compreende três subfi- los: o dos vertebrados, o dos urocordados (ou tunicatos) e o dos cefalo- cordados. Exemplo de ce- falocordado é o anfioxo. Estes dois últimos subfi- los reúnem organismos primitivos, geralmente agrupados sob a classifi- cação de protocordados. São animais aquáticos, sem coluna vertebral. Em alguns, a notocorda permanece como es- trutura de sustentação, enquanto em outros, ela simplesmente desapare- ceu. A parte anterior de seu tubo nervoso não se diferencia em cérebro. [1] JEAN-MICHEL LABAT/BIOSPHOTO [2] ESTÚDIO PINGADO 76 GE BIOLOGIA 2017 é o tipo de tecido que preenche o espaço entre as células do corpo e sustenta os órgãos. É esse tecido que contém a proteína colágeno, que dá elasticidade à pele. Tendões, cartilagens, ossos, sangue e medula óssea são formas especializadas de tecido conjuntivo. A mucosa é um tipo de pele, fina, úmida e sensível, como a da boca, dos órgãos genitais e do interior das pálpebras. NOS OUTROS ANIMAIS Nos vertebrados, o tegu- mento apresenta várias camadas de célula, e, nos invertebrados, é composto de uma única camada. Mas todo tegumento – seja ele nu, seja recoberto de penas, de pelos ou de escamas – transmite sensações ao sistema nervoso. Muitos animais usam a pele para camuflagem, comunicação ou atração de parceiros sexuais. Aves e mamíferos utilizam as penas, os pelos e a gordura como isolantes térmicos. Isso lhes permite a homeotermia, ou seja, a manutenção do corpo a uma temperatura constante, independentemente da temperatura externa. A homeotermia é o que dá a pinguins, focas, ursos-polares e camelos a capacidade de viver em temperaturas extremas. Para manterem a temperatura corporal constante, esses animais consomem muita energia. Por isso, têm de comer constantemente. Exceção a essa regra são os animais que hibernam em algum período do ano – é o caso dos ursos. Todos os demais animais, vertebrados ou invertebrados, são ectotérmicos. Lagartos e jaca- rés, por exemplo, ficam ao sol boa parte do dia, para se aquecer o suficiente e, com isso, manter a agilidade dos movimentos. Como consomem pouca energia na manutenção da temperatu- ra do corpo, esses animais podem ficar muito tempo sem se alimentar. Os anfíbios têm pele nua e úmida, que libera um muco que permite que eles façam trocas gasosas com o ambiente. EPIDERME Camada externa, constituída de tecido epitelial com células mortas na superfície e uma segunda camada, de células vivas Nova camada Células vivas, em constante divisão, para repor as células mortas superficiais DERME Camada de tecido conjuntivo, com vasos sanguíneos, responsável pela nutrição da epiderme Glândula sudorípara Libera suor para que, pela evaporação, o organismo se resfrie Terminação nervosa Dá os sentidos de tato e as sensações de calor e dor Folículo piloso De onde nascem os pelosHIPODERME É a camada subcutânea, que armazena gordura Glândula sebácea Libera óleo para ajudar a impermeabilizar e a lubrificar a pele Células de gordura Funcionam como isolante térmico O tecido de revestimento do organismo humano é composto de três camadas e cortado por nervos e vasos sanguíneos A PELE QUE NOS PROTEGE Estrato córneo Camada mais externa, de células mortas SANGUE FRIO Os répteis precisam tomar sol para manter o corpo quente BIOLOGIA ANIMAL FISIOLOGIA ANIMAL [1] 77GE BIOLOGIA 2017 Músculo cardíaco Estriado, tem contração vigorosa para manter o movimento involuntário das batidas do coração Músculo esquelético Estriado, tem contração vigorosa e é responsável pelos movimentos voluntários Músculo liso Formado de camadas irregulares de células, é responsável por movimentos involuntários dos intestinos, bexiga e brônquios, entre outros Osso O tecido compacto é material calcário, e o esponjoso, de um tecido conjuntivo Tecido compacto Poroso e cortado por vasos sanguíneos e canais por onde circulam células que reconstituem o tecido ósseo Tecido esponjoso Alguns ossos têm tutano, ou medula óssea, responsável pela criação de células sanguíneas Sistemas de sustentação O esqueleto e os músculos constituem os dois sistemas de sustentação do corpo dos vertebra- dos. O esqueleto também protege os órgãos e, com a musculatura, promove os movimentos. Como ocorre em todos os vertebrados, a parte dura dos ossos do homem, o tecido compacto, é inorgânica, constituída de fosfato de cálcio. É uma estrutura porosa e vascularizada, ou seja, cortada por canais por onde circulam células responsáveis por construir e reconstituir o te- cido ósseo. Internamente, alguns ossos, como o fêmur, têm um material esponjoso – tutano, ou medula óssea. A medula é um tecido conjuntivo especial, chamado hematopoiético, responsável pela produção de células do sangue. Também como ocorre com todos os vertebrados, os músculos do homem são ligados ao esqueleto por tendões – cabos resistentes, formados de tecido conjuntivo. Existem três tipos de músculo: esquelético, liso e estriado cardíaco (veja ao lado). Cada um desses tecidos cumpre uma função es- pecífica, em diferentes partes do corpo. O tecido muscular esquelético é ligado aos ossos e às cartilagens e é responsável pelos mo- vimentos voluntários do corpo – como andar, mastigar, abrir e fechar as mãos –, sob o comando do sistema nervoso central. Suas células têm vá- rios núcleos, e sua contração é rápida e vigorosa. Os músculos lisos são formados de células com um único núcleo (mononucleadas), dispostas em camadas irregulares. Esses músculos realizam movimentos involuntários, sob comando do sis- tema nervoso autônomo. São eles que movem os alimentos pelo intestino, contraem e expandem os brônquios, as veias e as artérias, controlam a contração do útero durante o parto e a da bexiga para a eliminação da urina. São músculos lisos, também, que arrepiam os cabelos e os pelos. A musculatura lisa apresenta contração lenta. O músculo estriado cardíaco realiza movimentos involuntários, mas, ao contrário do que ocor- re com os músculos lisos, é rápido e capaz de gerar seu próprio movimento. Apesar de suas células serem mononucleadas, é um tecido mais parecido com o sistema muscular esquelético. As fibras musculares têm feixes de duas prote- ínas, actina e miosina. Ao receber estímulos elé- tricos do sistema nervoso central ou autônomo, a miosina se liga à actina e a puxa, encurtando o feixe e provocando o movimento (veja mais sobre sistema nervoso na pág. 82). Para se contraírem, os músculos fazem a hidrólise (queima) do ATP. Quando um animal morre, a hidrólise acontece automaticamente, e os músculos ficam travados na posição contraída, até que a decomposição enfraqueça suas fibras – trata-se do rigor mortis. O sistema de sustentação é também responsável pelos movimentos OSSOS E MÚSCULOS [2] NOS OUTROS ANIMAIS Nem todos os animais têm esqueleto. E, quando têm, eles podem ser inter- nos (endoesqueletos) ou externos (exoesque- letos). Esqueleto interno é típico de esponjas, equinodermos, vertebrados e alguns moluscos, como a lula e a sépia. Exoesqueleto ocorre em todos os artrópodes e também em alguns molus- cos (as conchas de ostras, caracóis e náutilos). Nem todos os esqueletos são formados de cálcio. Nos artrópodes, são feitos de quitina. Para crescerem, os artrópodes precisam se livrar de seus exoesqueletos periodicamente, num processo chamado muda ou ecdise. Exceto esponjas e alguns parasitas, todos os animais, vertebrados ou invertebrados, são dotados de músculos. Ligados ao esqueleto por tendões, [1] DIVULGAÇÃO [2] ESTÚDIO PINGADO 78 GE BIOLOGIA 2017 os músculos formam alavancas que, contraídas ou relaxadas, criam os movimentos. Em todos os animais, a maioria dos músculos funciona sob controle do sistema nervoso central ou autônomo. Sistema circulatório O sistema circulatório é como uma rede de autoestradas, por onde trafegam elementos im- portantes para as células, os tecidos e os órgãos. Bombeado pelo coração, o sangue carrega oxi- gênio e nutrientes para as células e retira delas os resíduos, distribui hormônios pelos órgãos e leva as células que defendem o organismo do ataque de agentes patogênicos, como vírus e bactérias. Além disso, o sangue é responsável por manter o corpo numa temperatura estável. O sistema circulatório humano é formado por três tipos de vasos sanguíneos que se comuni- cam, direta ou indiretamente, com o coração: Artérias, que carregam o sangue pobre em oxigênio do coração para os pulmões e o sangue oxigenado do coração para os órgãos. Veias, que levam o sangue pobre de oxi- gênio dos órgãos de volta ao coração, e o sangue oxigenado dos pulmões ao coração. Capilares, vasos muito delgados, que levam o sangue até as extremidades do organismo. O sangue arterial é vermelho por causa da combinação do oxigênio com o ferro existente na hemoglobina. Porque trabalham sob uma pressão mais alta, as artérias têm as paredes grossas, principalmente as mais próximas do coração. As veias por onde circula o sangue pobre em oxigênio dos órgãos para o coração têm válvulas para impedir que ele retorne. O sangue venoso é escuro porque é rico em gás carbônico. A circulação ocorre por um sistema fechado coração-pulmões-coração-órgãos-coração. A primeira parte dessa viagem (coração-pulmões- -coração) é chamada circulação pulmonar, ou pe- quena circulação. Nela, ao contrário do que ocorre no restante do corpo, o sangue venoso passa do coração para os pulmões por artérias e é devolvido ao coração por veias (veja o infográfico abaixo). O sangue é composto de: Plasma, a parte líquida que transporta os nutrientes e excretas metabólicos. Elementos figurados: glóbulos vermelhos (ou hemácias, que carregam o oxigênio), plaquetas (pedaços de células que coagulam o sangue exposto ao ar) e glóbulos brancos (células de defesa do organismo). Ao passar pelos capilares, o plasma sanguí- neo banha os tecidos. Uma parte desse líquido retorna aos capilares, mas outra é colhida por um sistema auxiliar conhecido como sistema linfático e passa a se chamar linfa. Uma veia debaixo do braço devolve a linfa ao sangue, mas antes ela passa pelos nódulos linfáticos (linfo- nodos), que adicionam à linfa glóbulos brancos especiais – os linfócitos. Falhas nesse sistema fazem a linfa se acumular no corpo, causando edemas (inchaços). NOS OUTROS ANIMAIS Sistema circulatório fecha- do é exclusividade de vertebrados e anelídeos. Nesses animais, o transporte de oxigênio é feito pela hemoglobina, pigmento baseado em ferro, que dá a cor vermelha ao sangue. As moléculas de hemoglobina são pequenas e precisam ser acondicionadas em glóbulos vermelhos para não se dispersar pelos tecidos. O sangue tem diferentes funções, e a circulação ocorre de maneiras distintas. Em moluscos e ar- trópodes, o sangue viaja parte do trajeto em vasos e outra parte por cavidades chamadas lacunas, impulsionado por um coração ou vários deles. Os aracnídeos levam o oxigênio diretamente ao sangue, através de pulmotraqueias. Vários Artérias pulmonares Veias pulmonares Artérias Veias Capilares 1. Veia cava Leva o sangue venoso dos órgãos ao átrio direito do coração 2. Coração Do átrio direito, o sangue passa para o ventrículo direito, que o bombeia para as artérias pulmonares 3. Pulmões O sangue venoso entregue pelas artérias pulmonares capta o oxigênio e sai dos pulmões pelas veias pulmonares, rumo ao coração 4. De novo coração O sangue rico em oxigênio entra pelo átrio esquerdo, passa para o ventrículo esquerdo e sai pela aorta 5. Órgãos Da aorta, o sangue se distribui por outras artérias e capilares, irrigando todos os órgãos e tecidos O sangue faz um circuito fechado, que passa duas vezes pelo coração CARROSSEL DE SANGUE [1] BIOLOGIA ANIMAL FISIOLOGIA ANIMAL 81GE BIOLOGIA 2017 mas depois retornam ao sangue. O mesmo acon- tece com a água. A quantidade de água devolvida é controlada pelo hormônio antidiurético (ADH), produzido na glândula hipófise. Beber álcool limita a ação desse hormônio, por isso quem toma cerveja vai ao banheiro frequentemente. A urina pronta segue pelo ureter até a bexiga. Quando está cheia, a bexiga libera sua carga abrindo um esfíncter que vai dar na uretra, que tem outro músculo que permite evitar por um tempo a saída de urina. NOS OUTROS ANIMAIS Nem todos os animais excre- tam os mesmos compostos químicos. A amônia é um composto muito tóxico, solúvel em água. Então, ao excretá-la, os animais podem perder muito líquido. Para reduzirem essa perda de água, insetos, aves e répteis excretam ácido úrico pouco solúvel e pouco tóxico. Já mamí- feros, peixes cartilaginosos e anfíbios excretam ureia, enquanto peixes ósseos e invertebrados aquáticos excretam diretamente amônia. Sistema nervoso A função primordial do sistema nervoso é promover a interação do organismo com o am- biente ao redor, captando estímulos e fazendo o corpo responder a eles. Tanto é que esse sistema é derivado do ectoderme, o tecido mais externo que envolve o embrião. É do sistema nervoso que dependem os sentidos e nossas emoções. É ele, também, que controla as funções orgânicas. Os vertebrados têm dois sistemas nervosos. O sistema nervoso central parte do cérebro e segue pela medula espinhal, estendendo-se pelo corpo todo pelo sistema nervoso periférico, os nervos. O outro sistema nervoso dos vertebrados é o sistema autônomo, que controla funções como a digestão, os batimentos cardíacos e as glândulas. Não está ligado diretamente ao cérebro, mas é controlado por ele por meio dos hormônios. Por isso, o sistema autônomo é relacionado ao sistema endócrino (veja na pág. 82). Direta ou indiretamente, o cérebro é o centro de comando de tudo o que acontece no orga- nismo humano. E a evolução nos dotou – assim como todos os demais mamíferos – de um cére- bro bastante sofisticado, com o neocórtex, ou massa cinzenta, a parte “que pensa”. Cheio de reentrâncias, o neocórtex ocupa a parte exterior XIXI SECO Aves liberam ácido úrico pouco solúvel 5. Duto coletor Conduz a solução de ácido úrico, ureia, amônia e sais dos rins para os ureteres, que eliminarão a urina pela bexiga 4. Túbulo contorcido distal As células da parede desse túbulo controlam a quantidade de água a ser reabsorvida, conforme a necessidade do organismo. Substâncias indesejáveis, como ácido úrico e ureia, são lançadas na urina 3. Alça de Henle Reabsorção de água e sais 2. Túbulo contorcido proximal Começa a reabsorção de substâncias úteis para o organismo, como glicose, aminoácidos e sais 1. Glomérulo Retira do sangue grande parte da água, de sais e glicose NÉFRON Rins O sangue entra nos rins pela artéria renal, atravessa o néfron e sai dele, limpo, pela veia renal Os néfrons retiram do sangue substâncias tóxicas PODEROSO FILTRO ORGÂNICO [4] O sistema autônomo é dividido entre simpático e parassimpático. O sistema simpático prepara o corpo para fugir ou lutar. O parassimpático tem a ver com relaxamento: reduz os batimentos cardíacos e dilata os vasos sanguíneos, por exemplo. [1][4] ESTÚDIO PINGADO [2] [3] ISTOCK [3] 82 GE BIOLOGIA 2017 do cérebro, próxima à superfície. Essas dobras aumentam a superfície. Assim, mais neurônios podem se acomodar nessa região. Isso foi im- portante para o desenvolvimento de habilidades cognitivas no ser humano. Entre os primatas, o Homo sapiens apresenta o neocórtex especial- mente desenvolvido (veja o infográfico acima). O restante do cérebro é o sistema límbico, responsável pelas reações instintivas, como as relacionadas à satisfação da fome, da sede ou do desejo sexual. NOS OUTROS ANIMAIS Existem diversos outros modelos de sistema nervoso, além do dos verte- brados. Nos invertebrados, o sistema nervoso é ganglionar. Nele, as estruturas principais são os gânglios. O maior, que fica na cabeça, é o gânglio cerebral, que processa estímulos dos sentidos e toma as decisões. Mas cada um dos diversos gânglios menores, localizados nas ramificações dos nervos ventrais, tem certa autonomia, como se fossem pequenos cérebros controlando os membros. É por isso que, quando um polvo tem um tentáculo arrancado, o membro decepado continua a reagir sozinho, por algum tempo. Ce- lenterados, como medusas e pólipos, apresentam um sistema nervoso difuso, com os neurônios formando uma rede. Já as esponjas não têm sis- tema nervoso algum, e os equinodermos possuem apenas um anel nervoso e nervos radiais. Todos os demais invertebrados têm sistema nervoso formado por um órgão central, o gânglio cerebral, e ao menos um nervo principal, que parte desse órgão central e se ramifica pelo corpo. Sistema endócrino É o sistema de glândulas, que produzem subs- tâncias úteis ao organismo e, em parceria com o sistema nervoso, regulam o funcionamento de outros órgãos. Ao receber informações, o cérebro, em reação, ordena às glândulas que produzam esta ou aquela substância. Os vertebrados têm dois tipos de glândula: as endócrinas, que produzem hormônios, que são lançados diretamente na corrente sanguínea, e as exócrinas, que lançam seu produto em dutos da cavidade intestinal ou para o exterior, pela pele. São glândulas exócrinas as glândulas sebáceas (na pele) e as glândulas salivares (no sistema digestório). O pâncreas, que produz tanto parte do suco digestivo quanto a insulina, é uma glândula ao mesmo tempo endócrina e exócrina. A principal glândula é a hipófise, ou glândula pituitária. Controlada pelo hipotálamo, no cére- bro, a hipófise faz a ponte entre o sistema nervoso central e as outras glândulas porque produz QUEM MANDA É ELE Axônio Perna mais longa do neurônio, que transmite as informações do corpo celular para outras células Dendritos Prolongamentos em ramos, que conduzem informações ao corpo celular NEURÔNIOS As células nervosas trabalham em equipe: comunicam umas às outras informações sobre o organismo ou o ambiente, por meio de neurotransmissores Corpo caloso Faz a conexão entre os dois hemisférios do cérebro, que trabalham em conjunto Cerebelo Coordena as funções motoras Tálamo Coordena informações dos sentidos e dos movimentos, regula o sono e a vigília Hipotálamo Controla o balanço hídrico do organismo e funções instintivas, como medo, agressão e desejo sexual, por meio da glândula hipófise Bulbo Ligado à medula, é responsável pelas funções autônomas vitais, como batimentos cardíacos e movimentos peristálticos do sistema digestório Medula espinhal Feixe de neurônios que desce do cérebro para o restante do corpo Neocórtex Camada superficial, cheia de dobras que aumentam a área externa do cérebro e permitem acolher grande número de neurônios Corpo celular É a parte principal da célula, com o núcleo e as organelas no citoplasma A figura de neurônio acima não está desenhada em escala. Isso seria impossível. Se a escala fosse mantida, o axônio não caberia nesta página: teria 1,5 quilômetro de comprimento 10 mícrons 1 metro O cérebro humano recebe informações de todo o corpo por meio de uma extensa rede de neurônios [1] BIOLOGIA ANIMAL FISIOLOGIA ANIMAL 83GE BIOLOGIA 2017 hormônios tróficos, que emitem ordens para outras glândulas. É a hipófise que cria, por exem- plo, o hormônio tireotrófico (TSH), que comanda a tireoide, o adrenocorticotrófico (ADSH), que controla as glândulas suprarrenais, o luteinizante (LH), que comanda a ovulação, nas mulheres, e o folículo estimulante (FSH). A hipófise é respon- sável, também, pelo hormônio do crescimento (GH), cuja falta ou excesso provoca nanismo ou gigantismo. Veja no infográfico ao lado algumas das principais glândulas do corpo humano. NOS OUTROS ANIMAIS Entre os invertebrados, o sistema hormonal mais evoluído é o dos artró- podes. Entre estes, os crustáceos têm diversas glândulas que produzem hormônios que con- trolam a muda e a reprodução. Nos insetos, o sistema endócrino responde pela metamorfose da larva em animal adulto. Nos polvos, os mo- vimentos de contração ou expansão das células da pele são induzidos por hormônios. Esses animais usam essa estratégia para alterar a cor e a textura de sua superfície e, assim, se camuflar ou ameaçar outro polvo. Sistema reprodutor É o conjunto de órgãos responsáveis pelos processos de reprodução. A vida reprodutiva de uma pessoa começa ainda no útero, por ação dos genes localizados no cromossomo Y, que diferenciam o sexo entre masculino e feminino (veja mais sobre a genética da definição do sexo no capítulo 2). Na mulher, os ovários já começam a funcionar quando ela ainda é um feto, estimulados pelo hormônio gonadotrofina coriônica humana, que vem da placenta da mãe. E as estruturas que criam os óvulos já estão formadas quando ela nasce. O número de óvulos é limitado, e a vida reprodutiva da mulher acaba na menopausa, entre os 35 e os 50 anos de idade. Nos homens, os espermatozoides amadurecem nos testículos, nos túbulos seminíferos. A produção começa só na adolescência e não termina nunca (veja as estruturas do sistema reprodutor masculino e feminino na pág. 84). Na adolescência, dois hormônios da hipófise determinam as mudanças no corpo que diferen- ciam homens de mulheres. O FSH, ou folículo- -estimulante, e o LH, ou luteinizante, deflagram a produção de testosterona nos testículos e a de estrogênio nos ovários. Esses hormônios desencadeiam as mudanças no corpo típicas da idade: nos garotos, o pênis aumenta de tamanho, a voz engrossa, os músculos se desenvolvem e crescem pelos no rosto e no corpo. Nas garotas, os quadris se alargam, crescem os pelos e a gordura corporal se redistribui, dando ao corpo o formato de violão, típico das mulhe- res. Acontece então, nelas, a primeira ovulação, Testículos Nos homens, os hormônios sexuais são produzidos nos testículos Ovários Produzem hormônios sexuais que dão as características femininas às mulheres e controlam o período de menstruação Suprarrenais Produzem hormônios que controlam a concentração de sais e água no corpo e a transformação de gordura em glicose pelo fígado. Produzem, ainda, a adrenalina e a noradrenalina – hormônios relacionados às reações físicas e psíquicas causadas por emoções fortes Pâncreas Além das enzimas que integram o suco pancreático, este órgão produz a insulina, o hormônio que controla o teor de glicose no sangue Tireoide Controla o metabolismo, por meio dos hormônios tetraiodotironina (ou tiroxina) e tri-iodotironina, que regulam a respiração celular e o consumo de energia Hipófise Principal glândula do corpo, produz hormônios que controlam outras glândulas, além do hormônio do crescimento e o antidiurético As glândulas endócrinas produzem substâncias que regulam outros órgãos FÁBRICAS DE HORMÔNIOS [3] METAMORFOSE Hormônios definem as fases de uma borboleta [1][3] ESTÚDIO PINGADO [2] iSTOCK [2] 86 GE BIOLOGIA 2017 sexuadamente. Se um parasita adulto se reproduz no intestino de uma pessoa, seus ovos saem nas fezes humanas e podem dar início ao ciclo da tênia, que passará por um porco ou um boi (veja o infográfico abaixo). O contágio pela tênia adulta transforma a pessoa num hospedeiro definitivo e ela desenvolve a doença chamada teníase. A profilaxia (prevenção) para a teníase é evitar car- ne suína ou bovina malpassada. A contaminação com os ovos é mais séria: ingeridos em vegetais ou água, os ovos liberam as larvas, que fazem do corpo do homem um hospedeiro intermediário. As larvas podem se instalar em diferentes partes do organismo, levando em alguns casos até a morte. Essa doença é a cisticercose. O Schistosoma mansoni causa a esquistos- somose. Esse platelminto precisa de um cara- mujo aquático como hospedeiro intermediário. Liberados na água em fezes de uma pessoa contaminada, os ovos do esquistossoma eclo- dem e liberam larvas chamadas miracídios, que contaminam o caramujo. Dentro do caramujo, os miracídios se reproduzem assexuadamente em milhares de larvas contaminantes, as cercárias, que voltam à água e nadam até encontrar outro organismo humano, no qual penetram através da pele. As larvas nadam pelo sangue e terminam nas veias intestinais, nas quais um casal bota até 300 ovos por dia. Esses ovos podem seguir para o intestino, e daí contaminar o ambiente, nova- mente, pelas fezes. Mas acontece, também, de se instalarem no fígado, o que pode levar à morte. Essa é a doença popularmente conhecida como barriga-d’água. O combate a esse mal depende da eliminação do hospedeiro intermediário – o caramujo –, o que exige, fundamentalmente, o tratamento da água e do esgoto. O nematelminto Ascaris lumbricoides, a lom- briga, causa a ascaridíase. Esse verme não precisa de hospedeiro intermediário. Passa di- reto de uma pessoa para outra, num ciclo que também envolve a contaminação da água e do solo (veja o infográfico abaixo). As lombrigas alimentam-se do bolo alimentar e, quando em grande quantidade, podem causar desnutrição ou até obstruir o intestino. Viroses A maioria das viroses é transmitida pelo con- tato com secreções da pessoa contaminada. Mas vírus podem ser transmitidos também pela água contaminada (caso das hepatites A e B). O vírus da raiva se transmite pela mordida de animais doentes. Duas das principais viroses são: Os ovos saem com as fezes humanas e contaminam o ambiente Ingeridos por um porco, os ovos eclodem em larvas, que migram do intestino para outras partes do corpo do suíno No tecido em que se instalam, as larvas criam cisticercos Útero com ovos As fezes humanas com os ovos contaminam o solo e a água O ovo com embrião é ingerido com hortaliça As verduras regadas com água contaminada carregam os ovos, que serão ingeridos por outra pessoa Uma pessoa come carne contaminada malcozida A tênia adulta se instala no intestino humano e se reproduz Os ovos são engolidos pela ingestão de verduras contaminadas e descem pelo tubo digestivo até o intestino No intestino, os ovos eclodem e liberam as larvas As larvas sobem pelo sangue até os pulmões. Rompem um alvéolo pulmonar e sobem pelos brônquios até o esôfago No esôfago, as larvas são novamente engolidas e se tornam vermes adultos, no intestino, onde voltarão a botar ovos Como o verme transforma o homem em hospedeiro definitivo e desenvolve nele a teníase A lombriga completa todo o seu ciclo de vida sem nenhum hospedeiro intermediário DE HOMEM PARA HOMEM O CICLO DA TÊNIA [1] SAIBA MAIS HOSPEDEIRO DEFINITIVO É aquele que abriga um parasita que faz, dentro dele, a reprodução sexua- da. Quando o parasita só passa pelo corpo de um animal e se multiplica as- sexuadamente, ou quan- do apenas se transforma, diz-se que o hospedeiro é intermediário. O hos- pedeiro intermediário que transmite doença a outro organismo é cha- mado vetor. BIOLOGIA ANIMAL PARASITOSES HUMANAS 87GE BIOLOGIA 2017 A aids (síndrome da imunodeficiência adqui- rida) é uma doença sexualmente transmissível (DST), contraída pela contaminação com o HIV. O vírus infecta os glóbulos brancos, comprome- tendo o sistema imunológico. O doente morre não por causa do parasita, mas em razão de in- fecções oportunistas, como pneumonia. O vírus se transmite por contato sexual, transfusão de sangue ou da mãe para o bebê e pode permane- cer silencioso por anos – o que aumenta o risco de transmissão. As campanhas educativas, o uso de preservativos e os avanços nos medicamentos têm reduzido a incidência de aids no mundo. Ainda assim, essa é uma doença crônica, sem cura e que mata. A dengue (como a febre amarela) é transmi- tida pelo mosquito Aedes aegypti infectado com um vírus da família Flaviviridae, contraído de um ser humano. A transmissão aos humanos se dá pela picada da fêmea do mosquito. Os sinto- mas – dor de cabeça e nos músculos, náuseas e febre – passam em uma semana, mas a doen- ça tem algumas formas malignas. A dengue hemorrágica provoca a redução na quantidade de plaquetas no sangue e pode causar a morte por hemorragia interna. Os pacientes com den- gue devem evitar remédios baseados em ácido acetilsalicílico (a substância pode aumentar as hemorragias). Não existe vacina. O único modo de combate é reduzir o número de mosquitos, evitando o acúmulo de água parada. Protozooses São doenças causadas por organismos uni- celulares pertencentes ao grupo dos protistas heterótrofos (protozoários). A malária é causada por protozoários do gênero Plasmodium, transmitidos pela fêmea de mosquitos do gênero Anopheles, mais comuns em zonas rurais e regiões de clima quente e úmido. No Brasil, a maioria dos casos ocorre na região amazônica. O protozoário ataca as células do fígado, no qual se reproduz de ma- neira assexuada. A nova geração de protozo- ários invade a corrente sanguínea e volta a se reproduzir, destruindo lentamente as hemácias. Após vários ciclos, formam-se algumas células reprodutivas especializadas, capazes de infectar um pernilongo que pique a pessoa que hospeda o protozoário. Essas células se reproduzem sexu- adamente no intestino do inseto e migram para as glândulas salivares, de onde podem invadir um novo hospedeiro humano, numa picada. A malária causada pelo Plasmodium falciparum pode levar ao choque circulatório, a desmaios, convulsões e até à morte. A leishmaniose é causada por um protozoário flagelado do gênero Leishmania e transmitida pelo mosquito-palha (do gênero Phlebotomus). Normalmente, causa problemas sérios de pele. Uma variante da doença, a leishmaniose visceral (LV), demora vários anos para se desenvolver e pode atacar o fígado e o baço, levando até a morte. Uma das dificuldades de lidar com essa doença é que a Leishmania também afeta ani- mais domésticos e silvestres. A doença de Chagas é causada pelo protozo- ário flagelado Trypanosoma cruzi, que se instala no coração ou nos intestinos do hospedeiro. Após anos, os portadores do protozoário podem ter o coração comprometido e sofrer infarto. O contágio se dá por diversas espécies de barbeiro (insetos do gênero Triatoma), que vivem em frestas de paredes e de telhados e em montes de palha, nas zonas rurais. Os barbeiros transmitem o protozoário ao defecar enquanto sugam o sangue de uma pessoa durante o sono. Ao se coçar, a pessoa arrasta as fezes do inseto para a ferida. Bacterioses A contaminação por bactérias pode afetar diversas partes do corpo. Os exemplos incluem lepra (pele), botulismo (paralisia muscular), tuber- culose (pulmões), meningite (meninges) e tétano (sistema nervoso). Algumas doenças bacterianas podem ser prevenidas por meio de vacina, e todas, no geral, combatidas com antibióticos. Uma das preocupações com o combate das bacterioses é o uso indiscriminado de antibióticos, que pode levar ao surgimento de variedades de bactérias resisten- tes. Não é raro surgir na imprensa notícias sobre “superbactérias”, capazes de matar milhares de pessoas antes de serem identificadas e combatidas. PICADA PERIGOSA Mosquito Aedes aegypti, vetor da dengue SAIBA MAIS ÚNICA VERMINOSE QUE TEM VETOR A elefantíase (filario- se) é a única vermino- se transmitida por um mosquito, que inocula no corpo humano o ver- me Wuchereria bancroi. Todas as outras parasito- ses transmitidas por mos- quitos são causadas por vírus (viroses) ou por pro- tozoários (protozooses). A contaminação por bactérias pode se dar por vários caminhos. A do botulismo é transmitida por alimentos contaminados, a do tétano, por ferimentos profundos, e as bactérias causadoras da meningite e da lepra, por contato com secreções. [1] MÁRIO KANNO/MULTISP [2] GENILTON JOSE VIEIRA [2] 88 GE BIOLOGIA 2017 COMO CAI NA PROVA 1. (PUCSP 2016) Analise a tira de quadrinhos: Folha de S.Paulo, 22 abr. 2013 Os pintinhos nascem molhados, devido principalmente ao mate- rial proveniente a) do âmnio, que armazena excretas nitrogenados do embrião, e do alantoide, que previne dessecação e amortece choques mecânicos. b) do âmnio, que previne dessecação do embrião e amortece choques mecânicos, e do alantoide, que armazena excretas nitrogenados. c) do âmnio, que previne a dessecação do embrião, e do grande número de vilosidades coriônicas ricas em vasos sanguíneos. d) do alantoide, que armazena excretas nitrogenados do embrião, e do grande número de vilosidades coriônicas ricas em vasos sanguíneos. RESOLUÇÃO O pintinho nasce molhado principalmente pelo líquido do âmnio, a bolsa que tem como função proteger o embrião contra choques e mantê-lo hidratado. Há também um pouco do conteúdo do alantoide, a estrutura que acumula os excretas nitrogenados do embrião. Resposta: B 2. (UECE 2016) Os animais de sangue quente, também denomi- nados homeotérmicos, geralmente mantêm sua temperatura mais alta e constante do que a temperatura do ambiente no qual se en- contram inseridos. Dentre as opções abaixo, assinale a que con- tém apenas animais para os quais essa adaptação é fundamental. a) Camaleão, sapo, pombo. b) Baleia, gavião, jacaré. c) Tubarão, galinha, rato. d) Morcego, beija-flor, tatu. RESOLUÇÃO Apenas aves e mamíferos têm sangue quente. Na alternativa a, camaleão é réptil e sapo, anfíbio; na b, jacaré é réptil; na c, tubarão é peixe. Todos esses animais são heterotérmicos, ou seja, têm sangue frio. Resposta: D 3. (UEG 2016) O Trypanosoma cruzi é o protozoário causador da doença de Chagas. A relação entre a doença e o protozoário foi des- coberta por Carlos Chagas ao investigar a presença do protozoá- rio no sangue de indivíduos que moravam em casas infestadas por barbeiros. A principal forma de transmissão da doença é a) pela transfusão de sangue, seguida pela transmissão congênita e, menos frequentemente, pelo coito. b) pelo vetor, seguida pela transmissão oral e, menos frequentemente, por transfusão de sangue. c) pelo vetor, seguida pela transfusão de sangue e, menos frequentemente, por transplantes de órgãos. d) pela transfusão de sangue, seguida pela transmissão sexual e contaminação acidental. RESOLUÇÃO A principal forma de transmissão da doença de Chagas é por meio das fezes do inseto barbeiro. O barbeiro pica o homem geralmente na região do rosto (daí o nome barbeiro) e ao mesmo tempo defeca. Os protozoários estão nas fezes e, como a picada provoca coceira, a pessoa acaba empurrando as fezes contaminadas para o local da picada, fazendo com que os tripanossomos entrem na corrente sanguínea. O parasita tende a se instalar no coração, provocando sintomas de doença cardíaca. Muitas vezes a pessoa não sabe que tem o protozoário em seu sangue, que ao ser doado transmite a doença a quem o receber. O mesmo pode acontecer em casos de transplante. O protozoário habita o sangue e o coração do hospedeiro, e por isso não é transmitido por contato via oral, nem por via sexual. A transmissão congênita pode acontecer, ou seja, o protozoário pode passar de mãe para o feto via placenta. Resposta: C 4. (ENEM 2015) Euphorbia mili é uma planta ornamental ampla- mente disseminada no Brasil e conhecida como coroa-de-cristo. O estudo químico do látex dessa espécie forneceu o mais potente produto natural moluscicida, a miliamina L. MOREIRA. C. P. s.; ZANI. C. L.; ALVES, T. M. A. Atividade moluscicida do látex de Synadenium carinatum boiss. (Euphorbiaceae) sobre Biomphalaria glabrata e isolamento do constituinte majoritário. Revista Eletrônica de Farmácia. n. 3. 2010 (adaptado). O uso desse látex em água infestada por hospedeiros intermediá- rios tem potencial para atuar no controle da a) dengue. b) malária. c) elefantíase. d) ascaridíase. e) esquistossomose. RESPOSTA Antes de mais nada, você deve ter vocabulário para compreender o enunciado. Moluscicida é qualquer substância capaz de matar moluscos. De todas as doenças listadas no enunciado, apenas a esquistossomose tem omo hospedeiro intermediário um molusco. Detalhando o ciclo da verminose esquistossomose: é uma doença parasitária humana, causada pelo verme platielminte Schistossoma mansoni, cujo hospedeiro intermediário é o caramujo Biomphalaria, que vive em água doce. O
ISTOCK GE BIOLOGIA 2017 91
92 GE BIOLOGIA 2017 U SI N AS D E FO TO SS ÍN TE SE As fo lh as ca pt am a lu z so la r e , c om es sa e ne rg ia , f az em u m a sé rie d e re aç õe s q uí m ic as q ue tr an sf or m am ág ua e d ió xi do d e ca rb on o (C O 2 ), ou gá s c ar bô ni co , e m g lic os e e ox ig ên io As tr oc as g as os as q ue o co rr em n a fo to ss ín te se – d e gá s c ar bô ni co e ox ig ên io – sã o fe ita s p el os e st ôm at os , p eq ue na s e st ru tu ra s ex is te nt es n a fa ce in fe rio r d as fo lh as . O s e st ôm at os ta m bé m fa ze m a tr an sp ira çã o da p la nt a Po ro s v eg et ai s Os e st ôm at os se a br em o u se fe ch am d ep en de nd o da qu an tid ad e de á gu a ab so rv id a pe la s r aí ze s. Pl an ta s d e am bi en te s ú m id os ou a qu át ic os p re ci sa m tr an sp ira r m ai s. Po r i ss o, se us e st ôm at os p er m an ec em ab er to s a m ai or p ar te d o te m po . J á as p la nt as d e am bi en te s á rid os m an tê m o s es tô m at os fe ch ad os b oa p ar te do d ia , p ar a ec on om iz ar á gu a Fo lh a RE SP IR AÇ ÃO E T RA N SP IR AÇ ÃO Ci to pl as m a Cl or op la st o Va cú ol o N úc le o Pa re de d e ce lu lo se Tr oc as g as os as Lu z so la r A c o m p le x id a d e d o v er d e O s v eg et ai s t êm u m d os m ai s s of is tic ad os e qu ip am en to s de so br ev iv ên ci a. E le s p ro ce ss am á gu a e gá s c ar bô ni co co m a e ne rg ia so la r p ar a pr od uz ir o p ró pr io a lim en to . E tê m u m si st em a ci rc ul at ór io q ue v en ce a fo rç a gr av ita ci on al p ar a le va r s ei va à s f ol ha s m ai s a lta s On de o co rr e a fo to ss ín te se A fo lh a te m u m te ci do in te rn o ch am ad o pa rê nq ui m a cl or ofi lia no , fo rm ad o de cé lu la s e uc ar ió tic as , c om pa re de s d e ce lu lo se . É n o pa rê nq ui m a qu e fic am o s c lo ro pl as to s, or ga ne la s em q ue o co rr e a fo to ss ín te se 1 LBIOLOGIA VEGETA METABOLISMO VEGETAL 93GE BIOLOGIA 2017 [1] MÁRIO KANNO/MULTISP A BA SE D E TU D O As ra íz es fi xa m a p la nt a ao so lo e a bs or ve m d el e nu tr ie nt es in or gâ ni co s (s ai s m in er ai s) d ilu íd os e m ág ua – m at ér ia -p rim a pa ra a fo to ss ín te se n as fo lh as A m ai or p ar te d a ab so rç ão é fe ita p el a zo na p el ífe ra . N el a, a s cé lu la s d a ep id er m e, q ue es tã o em co nt at o di re to co m o so lo , t êm pr ol on ga m en to s ch am ad os p el os , q ue au m en ta m a su pe rf íc ie de a bs or çã o N ut ri en te s d o so lo O xi le m a, o u le nh o, le va d as ra íz es a té a s f ol ha s a se iv a m in er al o u se iv a br ut a – a ág ua e os n ut rie nt es in or gâ ni co s ab so rv id os d o so lo . E ss a ar té ria é fo rm ad a de cé lu la s m or ta s e ríg id as , g ra ça s à su bs tâ nc ia lig ni na , q ue im pe de q ue a s pa re de s s e co le m Aç úc ar es d a fo to ss ín te se O flo em a, o u líb er , d is tr ib ui a se iv a el ab or ad a – a gl ic os e pr od uz id a na fo to ss ín te se – n a fo rm a de sa ca ro se d is so lv id a em á gu a. O tr an sp or te o co rr e po r d ifu sã o, q ue a pr ov ei ta a di fe re nç a de co nc en tr aç ão d a so lu çã o de a çú ca r n as v ár ia s pa rt es d a pl an ta Ca ul e Ra íz es Pe lo s Ra mi fic aç õe s Co ifaSe iv a br ut a Zo na pe líf er a Cl or op la st o Ti la co id es Es tr om a Ar m az ém d e cl or ofi la N o cl or op la st o, u m a re de d e ve sí cu la s c ha m ad as ti la co id es ar m az en a cl or ofi la , a su bs tâ nc ia qu e ab so rv e lu z so la r. Aq ui oc or re m a s r ea çõ es fo to qu ím ic as , na fa se lu m in os a da fo to ss ín te se . N es sa fa se , a p la nt a qu eb ra as m ol éc ul as d e ág ua e lib er a ox ig ên io (v ej a na p ág . 9 4) Al im en to v eg et al N o cl or op la st o fic a, ta m bé m , o es tr om a, u m a su bs tâ nc ia ge la tin os a em q ue o co rr e a fa se e sc ur a da fo to ss ín te se : um a sé rie d e re aç õe s qu ím ic as q ue tr an sf or m am o CO 2 a bs or vi do d a at m os fe ra em g lic os e, q ue o v eg et al us a co m o al im en to TR AN SP OR TE Lu z so la r Co m o o or ga ni sm o hu m an o, os v eg et ai s t êm ta m bé m u m si st em a ci rc ul at ór io d e du as m ão s Xi le m a Fl oe m a 2 3 Fu ng os se a ss oc ia m à s r aí ze s, fo rm an do um a es tr ut ur a ch am ad a m ic or ri za s. Os fu ng os a bs or ve m m at ér ia in or gâ ni ca d o so lo e a tr an sf er em à p la nt a. E m tr oc a, o v eg et al fo rn ec e ao s f un go s a çú ca re s e a m in oá ci do s. 96 GE BIOLOGIA 2017 BIOLOGIA VEGETAL RELAÇÕES HÍDRICAS CONTRA A GRAVIDADE Nas árvores, a seiva bruta carrega água das raízes até as folhas mais altas. Lá, a seiva é elaborada e enviada para outras partes da planta Como todo ser vivo, os vegetais também precisam de água. Para abastecer cada galho, ramo e folha, a 100 metros de altura (como as sequoias), os vegetais desenvolveram um sistema que envolve, de um lado, a absorção de água pelas raízes e, de outro, a transpiração pelas folhas. Absorção e transpiração A água é absorvida do solo pelas raízes, que têm pelos que aumentam a área de absorção. As células dessa parte da planta fazem o trans- porte ativo de sais e, por osmose, de água. No alto, as folhas usam parte da água absorvida para a fotossíntese. E o excesso é liberado por transpiração. As estruturas responsáveis pela transpiração são os estômatos – poros localiza- dos na epiderme do verso das folhas, formados por duas células, que se abrem quando a planta está bem suprida de água (veja no infográfico na pág. 92). Essa transpiração gera uma força de sucção, que puxa a seiva bruta caule acima. Os estômatos se fecham quando há pouca água na planta, para evitar ressecamento. Os estômatos são responsáveis, também, pela absorção do gás carbônico, usado na fotossíntese. Durante o dia, o estômato fica aberto para a absorção do CO2. Porém, se a planta estiver sofrendo de déficit hídrico, os estômatos são fechados para o organismo não desidratar. Como consequência, a taxa fotossintética cairá. Plantas adaptadas a clima seco (xerófitas) têm diversos recursos para diminuir a perda de água por transpiração enquanto mantêm os estômatos abertos para a fotossíntese. Um desses recursos são raízes profundas, que buscam água de len- çóis subterrâneos. Outro são folhas pequenas, com uma película impermeabilizante, chamada cutícula, que reduz a transpiração, ou a substi- tuição das folhas por espinhos. Para matar a sede [1] 97GE BIOLOGIA 2017 Osmose As células das plantas também desenvolveram mecanismos para resistir ao excesso de água ou à falta dela: são dotadas de uma parede de celulose, externa à membrana plasmática, que é permeável, ou seja, permite a entrada de água. Em situações ideais, a célula vegetal absorve água até o máximo permitido pela parede. O excesso fica armazenado no vacúolo, que ocupa a maior parte do volume do citoplasma. A con- centração na solução do citoplasma é o fator primordial para regular as trocas de líquido entre a célula e o meio em que ela está imersa. Quando a solução absorvida do solo está menos concentrada do que a solução no interior das paredes da célula, a água entra, por osmose. O volume da célula, então, aumenta. Mas ela não explode, porque a parede celulósica é muito re- sistente. Já uma célula mergulhada numa solução hipertônica, com concentração maior do que a solução interna , perde tanta água que a membrana plasmática pode descolar-se da parede celulósica e o citoplasma, reduzir-se drasticamente. É o que se chama plasmólise (veja o infográfico abaixo). Difusão Para manter o metabolismo e regular a absorção de água, os vegetais precisam de sais minerais e íons. Esses elementos podem ser absorvidos, em solução, do solo, por simples difusão (transporte passivo) ou com gasto de energia (transporte ati- vo) – tudo depende da concentração da solução no solo e da necessidade da planta. Alguns nutrientes são consumidos em pequena quantidade e atuam, geralmente, nos processos que envolvem enzimas. São os micronutrientes. Os nutrientes absorvidos em maior quantidade são os macronutrientes – elementos químicos que constituem importantes componentes de moléculas orgânicas. Os agricultores corrigem a falta de nutrientes no solo por meio de adição de adubos ou fertilizantes. Alguns nutrientes importantes são: Nitrogênio, para a síntese de proteínas e ácidos nucleicos. Fósforo, que entra na composição de molé- culas de ATP e ácidos nucleicos. Potássio, o principal regulador da pressão osmótica nas células. Cálcio, importante no metabolismo e na constituição da lamela média, que “cimenta” as células vegetais. Magnésio, que é componente da clorofila. As células vegetais ficam túrgidas ou plasmolisadas, conforme a quantidade de água absorvida SATURADAS OU MORTAS DE SEDE Num meio hipertônico, a água escapa, o vacúolo se retrai e as paredes de celulose se soltam da membrana plasmática Quando está num meio hipotônico, a célula absorve água demais. O vacúolo fica imenso e força as paredes celulósicas Em situação normal, a água absorvida pela célula é armazenada no vacúolo e as paredes não são forçadas Citoplasma Parede de celulose Núcleo Vacúolo Cloroplastos [2] VÁLVULA NATURAL Um estômato se abre tanto para fazer trocas gasosas com o ambiente quanto para liberar água da planta [1] iSTOCK [2] ESTÚDIO PINGADO [3] CALLISTA IMAGE/CULTURA CREATIVE [3] 98 GE BIOLOGIA 2017 BIOLOGIA VEGETAL EVOLUÇÃO DAS PLANTAS PÓ DE PIRLIMPIMPIM Minúsculos, os grãos de pólen são gametas masculinos que se espalham pelo ar ou são levados por insetos para fertilizar gametas femininos Complexas máquinas verdes Todos os filos do Reino Animal surgiram no mar, no período Cambriano, cerca de 500 milhões de anos atrás. Já a história das plantas – dos filos do Reino Vegetal – co- meça em terra, e é mais recente. Os vegetais modernos surgiram no Período Ordoviciano, há cerca de 450 milhões de anos. A partir de então, a evolução levou ao surgimento de espécies de complexidade cada vez maior. O que é planta, o que não é As plantas, imóveis e impassíveis, podem parecer seres muito simples. Mas os recursos de que os vegetais lançam mão para sobreviver e se reproduzir são extremamente variados e sofisticados. Todo ser vivo classificado no Reino Vegetal é eucarionte, pluricelular e autótrofo fotossintetizante, ou seja, todos têm mais de uma célula, todas as células têm o núcleo indi- vidualizado no citoplasma, e todos produzem o próprio alimento pela fotossíntese. Levadas em consideração apenas essas características, teríamos de incluir entre os vegetais as algas pluricelulares – como as rodofíceas ou algas vermelhas, as algas pardas ou feofíceas, e as algas verdes ou clorofíceas, que são conside- radas ancestrais dos vegetais terrestres. Mas esses são seres muito simples, normalmente classificados no Reino dos Protistas (veja na pág. ao lado). Os vegetais “verdadeiros” apresentam uma característica que os distingue das algas: todos se desenvolvem de um embrião protegido por uma estrutura reprodutiva da planta-mãe. De outro lado, os zigotos das algas desenvolvem- se sem cuidados maternos, sozinhos na água. [1]