Biologia - Livro 1-0036

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Uma parte da água presente nos oceanos e na terra
sofre evaporação. O vapor sofre condensação e ocorre
precipitação sobre os oceanos e sobre a terra (continentes
e ilhas). A precipitação se dá na forma de chuva, neve ou
gelo (granizo). Em algumas regiões, é muito importante o
orvalho, que deixa água líquida na superfície do solo. A
precipitação que ocorre sobre a terra tem os seguintes
destinos: uma parte da água escoa sobre a superfície e flui
em direção a lagos, rios e oceanos; outra parte infiltra-se
no solo e acumula-se nos lençóis freáticos. A água dos
lençóis freáticos pode aflorar, contribuindo para a formação
de lagos e rios. A água da terra flui em direção aos oceanos
pelos rios, pela superfície do solo e pelo fluxo da água
subterrânea (Fig. 12).
As plantas retiram água pelas raízes. A água é trans-
portada até as folhas pelos vasos condutores de seiva e
é utilizada na fotossíntese e na transpiração. Transpiração
vegetal é a perda de água na forma de vapor para o ar. Eva-
potranspiração é a totalidade do vapor lançado na atmosfera
pelos processos de evaporação e de transpiração. Animais
obtêm água bebendo-a e consumindo alimentos, que sem-
pre têm algum teor de água. Existem processos metabólicos
que geram água, como a respiração celular. Animais perdem
água pela respiração pulmonar, pelo suor, pelas fezes e pela
urina. A água perdida por animais é convertida em vapor,
contribuindo para a formação do vapor atmosférico (Fig. 13).
Lençol freático
Mar
Evaporação
Transpiração
Condensação
Precipitação
Água
doce
Afloramento
da água
Escoamento
pela superfície
Infiltração
no solo
Fig. 12 Representação do ciclo da água na natureza.
Os seres vivos também participam do ciclo da água
pela ingestão de água e pela sua devolução para o meio
por processos como excreção e transpiração. Na frente 1 é
discutido o papel da água no metabolismo, no qual ela atua
como solvente, favorece a ocorrência de reações químicas
e realiza transporte de vários materiais (como ocorre no
sangue e na seiva).
Vapor de água
(na atmosfera)
Plantas
Absorção
pelas raízes
Ingestão e
alimentação
Transpiração
e respiração
Água
Animais
Perda pulmonar,
suor, fezes e urina
Fig. 13 Participação dos seres vivos no ciclo da água.
Ciclo do carbono
O ciclo do carbono passa necessariamente pelo gás car-
bônico (CO2), também chamado de dióxido de carbono, que
está presente no ar e dissolvido na água. O CO2 é utilizado
por produtores nos processos de quimiossíntese ou fotos-
síntese, que geram matéria orgânica. Uma parte da matéria
orgânica gerada pelos produtores é utilizada em sua respi-
ração celular, que libera energia e desprende gás carbônico.
Produtores servem de alimento para consumidores.
Produtores e consumidores mortos são degradados pelos
decompositores. Consumidores liberam gás carbônico por
meio da respiração celular. Os decompositores também
realizam respiração para obtenção de energia e, com isso,
eliminam CO2 no meio. Pode-se empregar o termo decom-
posição para indicar a liberação de CO2 efetuada pelos
decompositores (Fig. 14).
Produtores
Combustíveis fósseis
(carvão, petróleo)
Biocombustíveis
(lenha, álcool)
Organismos de
um passado
remoto
CO
2
Decompositores
Consumidores
MO
MO = Matéria orgânica
Fotossíntese e
quimiossíntese
Combustão Respiração
Fig. 14 Ciclo do carbono na natureza.
BIOLOGIA Capítulo 4 Energia e matéria no ecossistema142
Outra parte importante do ciclo do carbono envolve a
queima de combustíveis, processo que também libera CO2,
utilizado pelos produtores na síntese de matéria orgânica.
O aumento de CO2 na atmosfera tem sido apontado como
um dos principais fatores de intensificação do efeito estufa
e, consequentemente, do aquecimento global.
O ciclo do carbono relaciona-se com dois tipos de
combustível: os combustíveis fósseis e os biocombustíveis.
Combustíveis fósseis, como o carvão mineral e o petróleo,
originaram-se de organismos que viveram há milhões de
anos e que não foram totalmente decompostos após a sua
morte. Alguns desses organismos, enquanto vivos, realiza-
ram fotossíntese, ou seja, retiraram CO2 do ambiente e, com
o auxílio de energia luminosa, produziram matéria orgânica
que, após transformações, gerou algum tipo de combus-
tível fóssil. Seres vivos, como plantas (principalmente do
grupo das pteridófitas), geraram carvão mineral, enquanto
organismos do plâncton, em mares rasos, deram origem ao
petróleo. O processo detalhado da formação de carvão
mineral e de petróleo é descrito em Química orgânica e
em Geografia. Combustíveis fósseis são recursos não re-
nováveis, pois seu consumo ocorre de modo mais rápido
do que sua formação. Seu uso atual envolve apenas o des-
prendimento de CO2 pela combustão. A retirada de CO2
do ambiente ocorreu há milhões de anos pelos produtores
que originaram esses combustíveis. Nos últimos cem anos,
o emprego de combustíveis fósseis foi o principal fator de
aumento dos níveis de CO2 na atmosfera.
Os biocombustíveis (como a lenha e o álcool) são de-
rivados de biomassa proveniente de organismos atuais.
A lenha é derivada de plantas, e o álcool é produzido a
partir da fermentação do açúcar (de cana, por exemplo).
A energia dos biocombustíveis origina-se da fotossínte-
se, convertendo CO2, água e luz em energia química da
matéria orgânica. Os combustíveis (combustíveis fósseis
e biocombustíveis) são provenientes da matéria orgânica
produzida pela fotossíntese, ou seja, em última análise, são
produtos da conversão da luz solar em energia química.
Biocombustíveis são recursos renováveis, ou seja, sua
reposição pela natureza ocorre em pouco tempo. O ser
humano interfere na geração de biocombustíveis efetuan-
do o plantio dos vegetais que lhes dão origem. Seu uso
envolve desprendimento de CO2 (pela sua combustão), mas
também há a retirada desse gás durante o desenvolvimento
das plantas empregadas em sua produção. Isso propicia
alguma contribuição para o controle da concentração de
gás carbônico na atmosfera.
As queimadas fazem parte do ciclo do carbono, pois
há liberação de gás carbônico com a queima das florestas
e plantações. Além de provocarem diversos transtornos
ambientais (erosão do solo, risco à biodiversidade), são
responsáveis pela maior parte da emissão de CO2 no Brasil.
Ciclo do nitrogênio
Na natureza, o nitrogênio encontra-se na forma inor-
gânica (amônia, gás nitrogênio, nitrito e nitrato) e na forma
orgânica (aminoácidos, bases nitrogenadas). O ciclo do
nitrogênio é repleto de detalhes. A seguir serão descritos
os aspectos mais gerais desse ciclo. Mais detalhes serão
abordados no Texto Complementar.
Nutrição, síntese, excreção e decomposição
Plantas e outros produtores sintetizam substâncias
orgânicas nitrogenadas (como aminoácidos e bases nitro-
genadas) por meio de substâncias inorgânicas retiradas do
ambiente, como a amônia (NH3), o nitrito (NO2
–
) e o nitrato
(NO3
–
). O nitrato é o mais abundante; a amônia normalmen-
te encontra-se na forma de íon amônio (NH4
+
). As plantas
realizam, principalmente, a absorção de nitrato e de amônio
do solo pelas suas raízes. Esses materiais são utilizados na
produção de substâncias nitrogenadas: os aminoácidos,
empregados na síntese de proteínas, e as bases nitroge-
nadas, utilizadas na síntese de ATP e de ácidos nucleicos
(DNA e RNA).
Os animais obtêm substâncias orgânicas nitrogenadas
pela nutrição, de origem animal ou vegetal. O organismo
dos animais apresenta nitrogênio sob a forma de subs-
tâncias inorgânicas (como a amônia) e orgânicas, como
aminoácidos, proteínas, DNA, RNA e ATP. A amônia é produ-
zida como resíduo do metabolismo celular e é uma excreta
nitrogenada. Há animais que eliminam outros resíduos nitro-
genados, como ureia ou ácido úrico. No ambiente, a ureia
e o ácido úrico são convertidos em amônia pela atuação
de bactérias decompositoras (Fig. 15).
Ureia Animais: têm
Excreção
Ácido
úrico
NH
4
+
NH
4
+
Produtores: síntese de
Aminoácidos/Proteínas
Bases nitrogenadas
ATP
DNA
RNA
3
NO−
Nutrição
AbsorçãoAminoácidos Proteínas
Bases nitrogenadas
ATP
DNA
RNA
Fig. 15 Plantas retiram materiais inorgânicos nitrogenados do solo e produzem substâncias orgânicas nitrogenadas, as quais são empregadas na alimentação de animais.
A excreção animal libera substâncias nitrogenadas que podem ser utilizadas pelas plantas.
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Amonificação e nitrificação
Quando animais (consumidores) e produtores morrem,
eles são atacados por decompositores, que degradam a
matéria orgânica e a convertem em matéria inorgânica,
como CO2 e NH3. A produção de amônia por meio da de-
composição é o processo denominado amonificação. Essa
amônia fica disponível no solo e pode ser empregada pe-
los produtores na síntese de compostos nitrogenados. No
entanto, a maior parte da amônia é utilizada por bactérias
quimiossintetizantes, conhecidas genericamente por bac-
térias nitrificantes. Essas bactérias convertem amônia em
nitrato (o processo é denominado nitrificação); com isso,
liberam energia, utilizada na produção de matéria orgânica
na quimiossíntese (Fig. 16).
As bactérias fixadoras de nitrogênio incluem algumas
cianobactérias e outras bactérias, como os rizóbios. Elas
convertem N2 em amônia, que é utilizada na síntese de
compostos nitrogenados, como aminoácidos. Muitas cia-
nobactérias fixadoras vivem em meio aquático ou em solos
úmidos, como em certas regiões da Ásia, contribuindo para
a elevada produção dos arrozais em vários países (Fig. 18).
Excr
eçã
o
Nutrição
Com quimiossíntese
Nitrificação
Amonificação
3
NO
−
NH
3
NH
3
Absorção
Produtores
Bactérias
nitrificantes
Decompositores
Consumidores
Fig. 16 A amônia gerada na excreção e na amonificação é utilizada na nitrificação,
processo que produz nitrato.
Fixação de nitrogênio e desnitrificação
O gás nitrogênio (N2) é o mais abundante da atmosfe-
ra. Bactérias desnitrificantes convertem o nitrato em gás
nitrogênio, no processo conhecido como desnitrificação.
Essas bactérias são encontradas em locais pobres em
gás oxigênio, como pântanos e grandes profundezas
do oceano.
O gás nitrogênio não é utilizado por plantas nem por
animais em seu metabolismo. Algumas bactérias reali-
zam a fixação biológica de nitrogênio, que é convertido
em amônia. As bactérias que realizam esse processo são
genericamente denominadas bactérias fixadoras de ni-
trogênio (Fig. 17).
Desnitrificação
Fixação biológica
3
NO
−
NH
3
N
2
 atmosférico
Bactérias
desnitrificantes
Bactérias fixadoras
de nitrogênio
Fig. 17 O nitrogênio atmosférico gerado na desnitrificação é convertido em amônia
pela fixação biológica.
Decompositores
Consumidores
Produtores
Bactérias
desnitrificantes
Bactérias
nitrificantes
NO3
–
NH3N2
Bactérias
fixadoras
Excreção
Fig. 18 Aspectos principais do ciclo do nitrogênio na natureza.
Os rizóbios (principalmente do gênero Rhizobium)
vivem associados a raízes de leguminosas (feijão, soja,
ervilha, lentilha, pau-brasil). Essas bactérias invadem a raiz
de uma leguminosa e se multiplicam no interior de célu-
las, provocando a formação de um nódulo (uma dilatação)
com grande quantidade delas (Fig. 19). A relação entre
a leguminosa e os rizóbios é do tipo mutualismo, uma
relação obrigatória em que as duas espécies são benefi-
ciadas, pois a bactéria obtém abrigo e alimento orgânico,
enquanto a planta recebe um suprimento de compostos
nitrogenados necessários ao seu metabolismo. O solo
onde a leguminosa se desenvolve também se torna rico
em substâncias nitrogenadas, beneficiando outras plan-
tas nas proximidades. Assim, o plantio de leguminosas é
benéfico para o solo, pois abrigam em suas raízes bacté-
rias fixadoras de nitrogênio, que enriquecem o solo com
compostos nitrogenados.
Fig. 19 Foto da raiz de uma leguminosa com nódulos repletos de rizóbios. As le-
guminosas são empregadas em técnicas agrícolas que enriquecem o solo com
compostos nitrogenados, como a adubação verde e a rotação de culturas.
J
e
re
m
y
 K
e
m
p
/W
ik
ip
e
d
ia
BIOLOGIA Capítulo 4 Energia e matéria no ecossistema144
1 Quais são os três principais níveis tróficos de uma teia alimentar?
2 Cite os três tipos de pirâmides ecológicas. Qual delas nunca é invertida?
3 O que é peso seco?
4 Que tipo de ambiente pode ter pirâmide de biomassa invertida? Quais são os componentes do nível trófico dos pro-
dutores e do nível de consumidores primários nesse ambiente?
5 Ao longo da cadeia alimentar ocorrem perdas de energia. Cite os dois principais modos de perdas energéticas na
cadeia alimentar.
6 O ciclo da água envolve a participação do vapor de água. Na natureza, quais são os processos principais de formação
de vapor e de sua conversão em água líquida?
7 Onde se encontra a maior parte da água do planeta?
Determinado terreno pode ter o plantio de leguminosas
com outra cultura (um cereal, por exemplo). Quando uma
leguminosa e a outra variedade de planta forem cultivadas
juntas, tem-se um processo de adubação denominado adu-
bação verde. Caso a leguminosa e a outra variedade de
planta sejam cultivadas em períodos diferentes, o processo
é denominado rotação de cultura.
Outras modalidades de fixação de nitrogênio
Existem duas outras modalidades de fixação do ni-
trogênio: a fixação atmosférica e a fixação industrial. Na
fixação atmosférica, ocorre a reação entre gás oxigênio
e gás nitrogênio, com a presença de grande quantidade
de energia, liberada quando há raios ou faíscas elétricas;
dessa maneira, forma-se o nitrato, que pode ser levado à
superfície da terra pela chuva.
A fixação industrial tem como principal caminho a sín-
tese de Haber-Bosch, processo que utiliza gás hidrogênio
e gás nitrogênio submetidos à alta temperatura (450 °C)
e elevada pressão (200 atm) para a formação de amônia.
3H2 + N2 → 2NH3
A amônia pode ser empregada na produção de ferti-
lizantes, produtos de limpeza (amoníaco), ácido nítrico e
outros (Fig. 20).
Revisando
Fixação biológica
e industrial
Fixação
atmosférica
NH3 NO3
–
Fig. 20 Modalidades de fixação de nitrogênio.