Livro Sistemas Biologicos

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dades inovadoras com uso das novas plataformas tecnológicas decorren-
tes da popularização da internet, funcionamento do cinturão digital e 
massificação dos computadores pessoais. 
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a qualificação dos servidores públicos para bem servir ao Estado, 
os cursos da UAB/UECE atendem aos padrões de qualidade 
estabelecidos pelos normativos legais do Governo Fede-
ral e se articulam com as demandas de desenvolvi-
mento das regiões do Ceará. 
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Física
Física
Antônio Miguel Furtado Leitão
Janaína Leitão Vilar
Renato de Almeida
Sistemas Biológicos
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ComputaçãoQuímica Física Matemática Pedagogia
Artes 
Plásticas
Ciências 
Biológicas
Geografia
Educação 
Física
História
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Capa_Sistemas_Biologicos.indd 1 23/05/17 14:16
ComputaçãoArtesBiologiaQuímica Física Matemática Pedagogia
Antônio Miguel Furtado Leitão
Janaína Leitão Vilar
Renato de Almeida
Fortaleza
2013
Sistemas Biológicos
Informática
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BiológicasQuímica Física Matemática Pedagogia
Física
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Coordenação de Tutoria 
da Licenciatura em Física
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Coordenadora Editorial
Rocylânia Isidio
Projeto Gráfico e Capa
Roberto Santos
Diagramador
Francisco Oliveira
Sumário
Apresentação .................................................................................................... 5
Parte 1
Seres Vivos - Características e Conceitos ........................................... 7
Capítulo 1 - Introdução à Biologia .................................................................... 9
1. Conceitos básicos em Biologia ............................................................... 9
2. Características dos seres vivos ............................................................12
Capítulo 2 - Hieraquia de organização ...........................................................21
1. Níveis de organização ...........................................................................21
2. Conceito de ecossistema ......................................................................22
3. Propriedades emergentes .....................................................................23
Capítulo 3 - Diversidade da vida .....................................................................27
1. Nomenclatura científica .........................................................................27
2. Classificação atual dos seres vivos ......................................................29
Parte 2
As moléculas dos sistemas biológicos ...............................................35
Capítulo 1 - Noções de Biologia Molecular e Bioquímica .............................37
1. Composição química dos seres vivos ..................................................37
2. Água e sua importância para os organismos vivos .............................39
3. Macromoléculas energéticas, estruturais, 
 metabólicas e informacionais ................................................................43
4. Enzimas: catalisadores biológicos .........................................................56
5. O papel do DNA na transmissão das informações ..............................62
Parte 3
Da célula ao organismo completo ........................................................77
Capítulo 1 - Célula: estruturas e funções .......................................................79
1. A célula como unidade morfo-fisiológica dos seres vivos ...................79
2. Organização de células procarióticas e eucarióticas ..........................81
3. Membrana celular: permeabilidade seletiva .........................................83
4. Hialoplasma: um colóide especial .........................................................87
5. O citoesqueleto .......................................................................................87
6. O Sistema de endomembranas e o transporte
 e secreção de substâncias .........................................................................88
7. A mitocôndria e a produção de energia ................................................89
8. O cloroplasto e a fotossíntese ...............................................................93
9. A parede celular como suporte mecânico ............................................95
Parte 4
Noções de Ecologia e Temas Diversos .............................................101
Capítulo 1 - Ecologia e Ecossistemas ..........................................................103
1. Energia: 1ª e 2ª leis da termodinâmica ...............................................103
Capítulo 2 - Fluxo energético através dos ecosistemas .............................107
Modelo Universal de Fluxo de Energia ...................................................107
Cadeias e Redes Tróficas .......................................................................108
Pirâmides Ecológicas ...............................................................................109
Produtividade ............................................................................................109
Capítulo 3 - Matéria: ciclos biogeoquímicos .................................................111
Ciclos Biogeoquímicos Globais .............................................................. 112
Capítulo 4 - Interações ecológicas ............................................................... 117
Sobre os autores .......................................................................................131
Apresentação 
Caro estudante, esse Manual contém as diretrizes para o seu estudo 
dentro de uma ciência marcada pela diversidade, a Biologia. É importante 
compreender a dimensão da quantidade de conhecimentos com a qual es-
tamos lidando para perceber que nenhuma obra escrita sobre esse tema é 
capaz de englobar todo o seu conteúdo. Entretanto, nossos objetivo e desafio 
foram trazer para esse Manual os tópicos que consideramos mais importantes 
para consolidar sua base de conhecimento para o estudo da Biologia e das 
demais Ciências. Por isso, esperamos que você possa tirar o máximo proveito 
desse material e, quem sabe, despertar sua vontade para extrapolar os limites 
dessas páginas.
Os autores
Sistemas Biológicos 7
PARTE 1
Seres vivos
Características e conceitos
Capítulo 1
Introdução à Biologia
1. Conceitos básicos em Biologia
O ramo da Ciência que estuda todos os aspectos relacionados aos seres 
vivos é a Biologia (do grego bios = vida + logos = estudo, ou seja, o estudo 
da vida). Engloba os estudos sobre a vida desde o nível submolecular até o 
ecossistêmico, incluindo as análises populacionais e das interações entre os 
indivíduos, de mesma espécie oude espécies diferentes, e com o meio em 
que vivem. Diante da extensa gama de conhecimento que deve ser objeto de 
estudo da Biologia, fez-se necessária a criação de várias áreas acadêmicas, 
como: Zoologia, Botânica, Microbiologia, Biologia Molecular, Genética, Fisiolo-
gia, Ecologia, Biotecnologia, entre outras.
Diferente do que ocorre com a Física, que utiliza leis e teoremas para 
explicar de forma definitiva os fenômenos da natureza, a Biologia é baseada 
em determinados princípios e conceitos básicos, que estão sempre à prova e 
sofrem modificações à medida que novas descobertas são feitas pelas pes-
quisas científicas. Como exemplo disso, temos a universalidade do código 
genético, a diversidade e evolução dos seres vivos.
Todas as formas de vida compartilham algumas características e pro-
cessos semelhantes, embora seja relativamente comum encontrarmos exce-
ções para quase todas as regras. Um bom exemplo disso seria dizer que “a 
célula é unidade básica da constituição de um ser vivo”, o que é verdade para 
a quase totalidade das formas de vida que conhecemos. Entretanto, existem 
os vírus e os príons, que não são compostos por células, mas conseguem 
se reproduzir utilizando a metabolismo das células que parasitam, podendo 
causar doenças de gravidade variada.
A necessidade de desenvolver conhecimentos relacionados à Biologia 
surgiu desde os primórdios da civilização humana, com o objetivo de conhe-
cer o mundo em seu redor e de desenvolver técnicas que permitissem a so-
brevivência.
Os povos da antiguidade dominavam técnicas de fertilização de plantas, 
os egípcios registraram em papiros seus conhecimentos anatômicos do corpo 
humano e de alguns animais. Dentre os estudiosos da época, podemos citar 
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.10
Aristóteles, um dos mais influentes e importantes naturalistas, que estudou o 
comportamento e as características de animais e plantas, sendo o primeiro a 
elaborar um sistema de classificação para eles; Plínio, um dos imperadores 
da Roma Antiga, escreveu um compêndio sobre todo o conhecimento de his-
tória natural disponível naquela época; Galeno foi um pioneiro nos estudos da 
Medicina e da Anatomia. 
Durante a Idade Média, Alberto Magno afirmou que “o objetivo da ciên-
cia natural não é simplesmente aceitar as informações de outros, mas inves-
tigar as causas que operam na natureza” e fez desta o seu objeto de estudo 
intenso, utilizando meticulosamente o método científico. Apesar de, aparen-
temente, não ter havido muitos avanços no âmbito das ciências biológicas 
nesse período, foram abertas várias universidades, que serviriam como ber-
ço para a revolução científica promovida posteriormente por grandes nomes, 
como Galileu e Newton.
Durante os séculos XVII e XVIII, Willian Harvey estudou a dinâmica do 
sistema circulatório, ressaltando o papel do coração no bombeamento do san-
gue; Antony van Leeuwenhock inventou o microscópio, conseguindo obter a 
visualização de protozoários e bactérias; e Lineu, que foi o nome mais impor-
tante desse período, desenvolveu o sistema taxonômico de nomenclatura bi-
nomial em latim, baseado nas diferenças entre os seres vivos.
No século seguinte, houve relevantes avanços nas áreas da Evolução, 
por cientistas como Lamarck (Lei do uso e do desuso), Darwin e Wallace (Se-
leção Natural), da Genética, com Mendel (Leis da hereditariedade) e o surgi-
mento da teoria celular, que identificou a célula como sendo a unidade mor-
fofisiológica básica dos organismos vivos, bem como determinou que uma 
célula origina-se apenas de uma célula pré-existente, proposta por Mathias 
Schleiden e Schwann. Na Bacteriologia, Robert Koch começou a desenvolver 
técnicas de cultura e isolamento de microorganismos em laboratório e chegou 
a elaborar os “postulados de Koch”, dentre os quais afirmou que cada tipo 
de infecção é provocado por um microorganismo específico; e Louis Pasteur 
comprovou a veracidade da teoria da Biogênese através da sua famosa expe-
riência com frascos de pescoço de cisne. Os processos de divisão celular fo-
ram elucidados por Walter Flemming, que realizou a identificação das etapas 
da mitose em microscópio e afirmou que o número cromossomos das células-
-filhas é idêntico ao da célula-mãe; e por August Weismann, cuja sugestão de 
que, na divisão celular para a produção de células reprodutivas (gametas), 
a quantidade de cromossomos das células-filhas corresponde à metade da 
encontrada na célula-mãe, foi confirmada com a descoberta da meiose.
Charles Darwin
Sistemas Biológicos 11
 
Contra capa da 1ª edição de “A Origem das Espécies” de Charles Darwin
No século XX, 
foram produzidos diver-
sos trabalhos nas áreas 
de Zoologia e Paleon-
tologia, sendo proposta 
a Teoria Sintética da 
Evolução ou Neodarwi-
nismo, porém, os holo-
fotes da Ciência se vol-
taram para a Biologia 
Molecular e a Genética, 
com a determinação da 
composição do material 
genético, o DNA, bem 
como sua estrutura em 
dupla-hélice e função 
na produção de prote-
ínas, inclusive com a 
elucidação do código genético. O passo seguinte foi o desenvolvimento de 
técnicas que permitiram a manipulação do DNA, como a reação em cadeia 
da polimerase (PCR), culminando com o êxito obtido com as experiências de 
clonagem de diversas espécies de organismos. O ciclo celular também foi es-
tudado com profundidade, sendo demonstrado o papel da telomerase, dando 
origem aos trabalhos com células totipotentes e células-tronco. Os estudos 
genéticos envolvendo a análise do RNA ribossomal e do DNA mitocondrial 
Moléculas de RNA e DNA
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.12
proporcionaram uma investigação mais profunda e confiável sobre as rela-
ções filogenéticas entre os organismos vivos e, desde então, foram propostas 
diversas novas classificações para os seres vivos. Abordaremos este assunto 
com mais detalhes no capítulo 3 desta unidade.
2. Características dos seres vivos
Apesar da grande quantidade de seres vivos existente, é possível elencar um 
conjunto de características que diferem estes seres daqueles que não têm 
vida ou da matéria bruta: composição química mais complexa, organização 
celular, respostas a estímulos do ambiente, capacidade e necessidade de nu-
trição, presença de metabolismo, crescimento, manutenção da homeostase, 
reprodução, capacidade de adaptação ao meio e evolução. Comentemos um 
pouco sobre cada uma delas.
2.1. Composição química
Dalton descobriu experimentalmente que o átomo é o componente básico da 
matéria, embora não seja uma esfera indivisível e indestrutível, como imagi-
nava o pesquisador. Depois dele, vários cientistas dedicaram-se ao estudo da 
Atomística, identificando mais de 200 tipos de átomos diferentes. O modelo 
atômico mais difundido pela comunidade científica atualmente, que aceita o 
átomo com núcleo composto por prótons e nêutrons, circundado por elétrons, 
que apresentam uma dualidade de comportamento (partícula ou onda), foi 
definido pelo conjunto de idéias de muitos cientistas, como Rutherford, De 
Broglie, Heisenberg, Schrödinger e Chadwick.
A matéria orgânica, que é proveniente dos seres vivos, é composta prin-
cipalmente pelos átomos de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitro-
gênio (N), fósforo (P) e enxofre (S), que se combinam em diferentes arranjos 
e proporções para formar moléculas complexas como proteínas, lipídios, car-
boidratos e ácidos nucléicos. São essas moléculas, associadas a alguns com-
ponentes inorgânicos, que formam a base para constituição dos seres vivos.
Entre essas moléculas inorgânicas, devemos ressaltar a importância 
da água, que serve como meio para a ocorrência de todos os processos que 
viabilizam a existência da vida. A água é o componente encontrado em maior 
percentual nos organismos vivos: no humano, esse percentual é de aproxi-
madamente 70%, variando com sexo e a idade, mas existem seres, como a 
água-viva, que apresentam mais de 90% de água em sua composição.
A matéria bruta, embora disponha de uma grande diversidadede áto-
mos, em geral, organiza-se em combinações e estruturas relativamente sim-
ples, podendo existir em todos os estados físicos (gasoso, líquido, colóide e 
Sistemas Biológicos 13
sólido) e dimensões (desde um grão de areia formado por aglomerados de 
moléculas de sílica, até grandes cadeias de montanhas rochosas).
2.2. Organização celular
As macromoléculas orgânicas e as substâncias inorgânicas seguem uma or-
dem bastante complexa de estruturação para formar uma unidade morfológi-
ca e funcional básica de um ser vivo: a célula, que é o menor fragmento do 
indivíduo que preserva todas as características da matéria viva.
Existem, basicamente, dois tipos de células, a 
procarionte e a eucarionte. A célula procarionte apre-
senta uma organização mais simples, sendo composta 
de parede celular (podendo ser envolta por uma cáp-
sula), membrana plasmática e citoplasma, onde estão 
dispersos todos os componentes que fazem parte do 
metabolismo celular, inclusive ribossomos e o material 
genético, RNA e DNA. Este último é encontrado na for-
ma de dupla-hélice, em um único cromossomo circu-
lar, não associado a proteínas (histonas). Bactérias e 
cianobactérias são os seres procariontes formados por 
uma única célula, classificados como unicelulares. Ape-
sar da simplicidade organizacional, existem milhões de 
espécies bacterianas e elas encontram-se bem adap-
tadas aos mais diversos tipos de ambientes, desde a 
superfície do nosso corpo até crateras de vulcões em 
atividade.
A célula eucarionte apresenta uma organização 
bastante complexa, sendo dotada de membrana plas-
mática (podendo ser envolta por parede celular), citoplasma, citoesqueleto, 
ribossomos e uma série de organelas membranosas, como o núcleo, retículos 
endoplasmáticos, complexo de Golgi, mitocôndria e cloroplasto. Existem se-
res eucariontes unicelulares, como protozoários e alguns fungos (leveduras), 
porém, a maioria é pluricelular, distribuindo-se nos reinos Protista, Fungi, Plan-
tae e Animalia.
Um ser pluricelular, geralmente, se forma quando células semelhan-
tes unem-se para formar tecidos, que se associam formando órgãos, siste-
mas e, finalmente, um organismo completo. Um bom exemplo dessa orga-
nização são as células nervosas, que formam o tecido nervoso, que, aliado 
a outros tipos de tecido, são responsáveis pela estruturação dos nervos, 
da medula e do cérebro, componentes do sistema nervoso, que realiza a 
integração entre os outros sistemas e o meio ambiente. Essa escala de or-
Estrutura da célula procarionte
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.14
ganização dos seres vivos não pára por aí, ve-
remos um detalhamento maior desse assunto 
quando abordarmos níveis de organização, no 
próximo capítulo.
2.3. Respostas a estímulos do ambiente
Um ser vivo deve ser capaz de responder a es-
tímulos ou alterações do meio em que se en-
contra, embora essas reações ocorram em pro-
porções diferentes, variando de um organismo 
para outro.
As plantas, geralmente, apresentam as 
mesmas reações quando expostas aos mes-
mos estímulos: o caule cresce em direção à luz, 
a raiz cresce em profundidade no solo e ainda existem aquelas que respon-
dem a estímulos táteis, como a sensitiva e as plantas carnívoras.
Nos animais, algumas respostas podem ser esperadas, como os refle-
xos patelares e pupilares do ser humano, mas a grande maioria das reações 
não é tão previsível. Quando um animal é exposto ao uma situação adversa, 
ele pode reagir de muitas maneiras, fugindo, enfrentando ou buscando uma 
forma de adaptação. As diferentes formas de reagir aos estímulos do ambien-
te podem levar a melhores chances de sobrevivência ou reprodução, interfe-
rindo diretamente na perpetuação das espécies.
2.4. Nutrição, Metabolismo e Crescimento
As estruturas que compõem um organismo vivo se desgastam com o tempo, 
o que demanda uma substituição permanente de suas moléculas e muitas de 
suas células.
A nutrição é fundamental à sobrevivência do ser vivo, permitindo a re-
posição e reparação de estruturas desgastadas, e contribuindo com a renova-
ção das células e tecidos nas fases de crescimento. Esse crescimento se dá 
pelo aumento do volume celular, chamado de crescimento por hipertrofia, ou 
pelo aumento do número de células, chamado de crescimento por hiperplasia. 
A matéria bruta também pode apresentar crescimento pela adição de novas 
moléculas à sua superfície.
O organismo usa como fonte de energia os nutrientes obtidos atra-
vés da síntese ou obtenção e digestão dos alimentos. Dentre a diversidade 
de moléculas orgânicas provenientes desses alimentos e passíveis de se-
rem utilizadas como recurso energético, um açúcar, a glicose, é preferido 
Célula eucariótica animal
Sistemas Biológicos 15
por sua utilização ser mais proveitosa para ser vivo. Através do processo 
de respiração celular, a molécula de glicose é quebrada, liberando energia 
armazenada na forma de ATP. Essa energia dá suporte às atividades do 
organismo, como o trabalho muscular, a termogênese, a transmissão do 
impulso nervoso, a produção de macromoléculas orgânicas para a renova-
ção ou crescimento do corpo.
Ao conjunto de todas as reações do organismo realizadas para a ma-
nutenção da vida, damos o nome de metabolismo (metabole = mudar). Essas 
reações podem envolver a produção ou síntese de moléculas complexas a 
partir de moléculas mais simples para crescimento ou renovação do organis-
mo, o que chamamos de anabolismo (do grego ana = para cima, através de + 
balien = arremessar), ou degradação e decomposição de elementos antigos 
ou moléculas energéticas, o que chamamos de catabolismo (kata = de cima 
para baixo + balien).
Em relação ao padrão de nutrição, os seres vivos podem ser classifi-
cados em duas grandes categorias: os autotróficos e os heterotróficos. Os 
organismos autotróficos (do grego autos = por si mesmo + trophe = alimento) 
são capazes de sobreviver exclusivamente de matéria inorgânica, água e al-
guma fonte energética como a luz solar ou matéria quimicamente reduzida, 
enquanto os heterotróficos (do grego heteros = diferente + trophe) requerem 
moléculas orgânicas já formadas como alimento.
2.5. Homeostase
Homeostase (do grego homos = mesmo + stasis = posição) é a manutenção 
de um estado de equilíbrio das condições ótimas para o metabolismo. Dessa 
forma, há organismos vivos que conseguem manter praticamente constantes 
a temperatura corpórea, a concentração de sais no sangue, o grau de hidra-
tação dos tecidos, o pH dentro das células etc. Alterações nesse equilíbrio 
podem levar a alterações de funções orgânicas fundamentais, produzindo 
condições incompatíveis com a vida.
2.6. Reprodução
A reprodução é uma das etapas da seqüência de eventos que deve ser per-
corrida pelo ser vivo para a perpetuação da espécie. É através desse proces-
so que os progenitores dão origem à prole semelhante a eles, ou seja, os filhos 
herdam as características dos pais.
Os organismos podem-se reproduzir de duas maneiras: assexuada-
mente ou sexuadamente. A reprodução assexuada ocorre quando um único 
indivíduo dá origem a um ou mais geneticamente idênticos, o que ocorre na 
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.16
bipartição ou cissiparidade, no brotamento, na regeneração etc. A reprodução 
sexuada ocorre, geralmente, entre dois indivíduos (pode acontecer em um 
mesmo indivíduo, caso seja um animal hermafrodita ou um vegetal monóico) 
através da ocorrência de três processos: a formação de gametas ou gameto-
gênese, quando são produzidos os óvulos e os espermatozóides; o “acasala-
mento”, incluindo nessa etapa todos os fenômenos que levam à aproximação 
dos gametas, desde a cópula até a polinização; e a fecundação, que repre-
senta a união efetiva entre os gametas, levando à formação da célula-ovo ou 
zigoto, que se desenvolverá dando origem ao(s) novo(s) indivíduo(s).
A realização de reprodução sexuada consiste em uma vantagem para 
espécie no sentido de que esse tipo de processo gera uma maior variabilidade 
genética entre a prole.Quanto maior a variabilidade genética, maior a quan-
tidade de fenótipos disponíveis entre os indivíduos da população e, portanto, 
maior a possibilidade de adaptação da espécie ao ambiente em que vivem e 
a eventuais mudanças no mesmo.
2.7. Capacidade de adaptação ao meio e Evolução
Grande parte dos seres vivos é capaz de produzir algum tipo de modifi-
cação para se adaptar às condições do ambiente em que se encontra. Essa 
capacidade de adaptação pode facilitar e até determinar a sobrevivência do 
ser vivo. Entretanto, nem todas as características que tornam um organismo 
mais adaptado a um ambiente podem ser transmitidas para os seus descen-
dentes. Embora seja o fenótipo que sofra as ações diretas do meio, apenas 
as características que são determinadas geneticamente, que estão presentes 
no genótipo, podem ser herdadas pelos filhos. Contudo, o material genético 
de um indivíduo pode apresentar alterações através de um processo denomi-
nado mutação. Quando as mutações ocorrem em células germinativas, elas 
são passíveis de serem transmitidas às gerações futuras. Uma mutação pode 
ou não ser favorável à adaptação do ser vivo ao meio.
A mutação, quando é vantajosa, mostra uma tendência a se difundir 
entre os indivíduos da população, enquanto aquela que determina uma ca-
racterística desfavorável, geralmente, se torna escassa, podendo desapare-
cer do pool genético. Quem determina quais mutações são favoráveis ou 
adaptativas é a seleção natural, também conhecida como “luta pela vida”, que 
representa o processo pelo qual o ambiente escolhe os organismos melhor 
adaptados e, portanto, com maior chance de sobrevivência. Este conceito foi 
proposto por Darwin e Wallace, sendo enriquecido por novos conhecimentos, 
que resultaram na Teoria Sintética da Evolução dos seres vivos.
Fenótipo: Aparência 
geral do indivíduo em 
face as sua constituição 
genética (genótipo) e das 
influências do meio.
Genótipo: Constituição 
ou composição genética 
de um indivíduo com 
relação a um ou mais 
caracteres.
Mutação: Variação 
hereditária, repentina, 
espontânea ou induzida, 
irreversível, que se 
manifesta num indivíduo 
de determinada 
população ou espécie 
em consequência de 
alteração bioquímica 
na sequência de bases 
nitrogenadas de um ou 
mais genes (mutação 
gênica) ou anormalidades 
numéricas ou estruturais 
dos cromossomos 
(mutação cromossômica).
Pool genético: Quadro 
geral de genes comuns 
aos indivíduos de uma 
população ou de uma 
raça.
Sistemas Biológicos 17
Atividades de avaliação
1. Enuncie a idéia principal de duas teorias biológicas e comente como a pro-
posição delas influenciou o rumo da ciência.
2. Cite que características são necessárias em um ser para que ele seja con-
siderado vivo. Escolha duas delas para explicar com mais detalhes.
Saiba mais
Evolução da evolução
Uma idéia simples resolveu o mais complexo dos mistérios: o sentido da vida. Ago-
ra cientistas usam Darwin para desvendar mistérios maiores: da mente à origem do 
Universo. E o que eles encontraram é assustador.
por Texto Alexandre Versignassi e Rodrigo Rezende (adaptado)
E Charles Darwin criou o homem. Ou, pelo menos, inventou o que hoje nós co-
nhecemos como homem. Antes dele, éramos o centro do Universo, a obra sublime da 
criação. Agora somos apenas mais uma entre milhões e milhões de espécies, um bicho 
de origem nada especial. Nada mesmo: a Teoria da Evolução deixou claro que todas 
as formas de vida que já pisaram na Terra são filhas da mesma tataravó – a história de 
como essa senhora, uma simples molécula, virou tudo o que existe hoje.
Assim, mostrando como a vida evolui, Darwin dispensou Deus do cargo de criador. 
E agora seus seguidores do século 21 querem fazer algo ainda mais chocante: mostrar 
que não passamos de escravos a serviço dos verdadeiros donos deste planeta. 
A paisagem em Galápagos, onde aportaram em 15 de setembro de 1835, após quase 
4 anos de expedição, era um paraíso para Darwin. Ele pintou e bordou com tudo o que 
pôde naquele lugar perdido no tempo. Pegou carona nas tartarugas (“Era difícil manter 
o equilíbrio.”), tirou onda com as iguanas (“Ela ficou olhando para mim como se quises-
se dizer: Por que você puxou a minha cauda?”) e encheu o bucho de iguarias exóticas 
(“Tatu é um prato excelente quando assado em sua carapaça.”). De quebra tirou de lá a 
inspiração para a idéia mais importante e assustadora da história da ciência.
O gatilho para esse pensamento veio quando ele percebeu diferenças ins-
tigantes entre os bicos de uma espécie de passarinho das Galápagos, os 
tentilhões. Em uma ilha eles tinham bicos grossos, bons para quebrar no-
zes. Em outra, longos e finos, ideais para arranjar comida em frestas. Darwin 
 imaginou que aquelas aves deviam ter se adaptado de algum jeito. Por mágica? Não: 
por um processo de seleção que levou gerações. Em ambas as ilhas teriam nascido 
pássaros de bico fino e de bico grosso. Naquela onde havia nozes para comer, só estes 
últimos teriam sobrevivido.
De volta à Inglaterra, aos 27 anos, Darwin estudou a fundo as 5 436 carcaças, peles 
e ossos que colecionara na viagem do Beagle e concluiu que TODAS as espécies do 
mundo tinham passado por processos de adaptação equivalentes ao dos tentilhões. 
Bem devagarzinho.
Imagine as asas dos pássaros, por exemplo. Pela lógica de Darwin, elas não nasce-
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.18
ram prontas. Em algum ninho dos ancestrais dos pássaros, que não voavam, surgiu um 
mutante, um “patinho feio”, com uma pequena membrana que lhe permitia planar de 
vez em quando. Essa característica deu-lhe alguma vantagem na luta pela sobrevivên-
cia. E o bicho deixou mais descendentes que seus irmãos. A prole dele, que carregava 
a mesma mutação, também fez mais filhos, e por aí foi. Com o tempo, novos mutan-
tes, novos patinhos feios, foram nascendo com asas cada vez melhores. E no fim das 
contas um novo tipo de animal se consolidava no planeta: os pássaros. Tudo às custas 
da extinção de outros bichos parecidos, só que menos adaptados à dureza da vida. “A 
produção de animais superiores é conseqüência da natureza, da fome e da morte”, 
escreveu Darwin. 
Nós mesmos, imaginou o inglês, não podíamos estar de fora. A diferença é que a 
evolução para a forma que temos hoje foi a partir de “macacos” (na verdade, animais 
parecidos com macacos) que foram desenvolvendo cérebros cada vez maiores, do 
mesmo jeito que os pássaros fizeram com as asas. E esses “macacos” vieram de outros 
bichos... Hoje sabemos de quem: de peixes mutantes que nasceram com a capacidade 
de respirar fora da água – nossos pulmões, por exemplo, vieram direto desses animais, 
que viviam em pântanos lamacentos.
Aí não tinha mais jeito. Darwin já sabia que não éramos “a imagem e semelhança 
de Deus”. Agora responda: o que você faria ao perceber que na sua cabeça existe 
uma idéia que pode abalar as crenças mais profundas de quase toda a humanidade? 
Darwin sentiu o peso, e ficou aterrorizado. Demorou mais de 30 anos para publicar a 
idéia em seu livro A Origem das Espécies, de 1859. E ainda assim o livro só saiu quando 
ele leu um artigo de Alfred Russel Wallace, um biólogo inglês. O texto continha uma 
teoria bem similar à da seleção natural, porém menos abrangente. Com medo de ser 
passado para trás, Darwin autorizou seu amigo Thomas Huxley a expor a Teoria da 
Evolução ao mundo científico, pois ele mesmo não teve coragem. “Foi como confessar 
um assassinato”, escreveu.
Por isso mesmo a teoria demorou para virar unanimidade entre os acadêmicos. Ela 
só foi aceita para valer quando outros cientistas, já no século 20, a refinaram com base 
na genética – a forma como os pais transmitem suas características aos filhos. Esse 
renascimento deu um gás novo à Teoria da Evolução. E na década de 1930 começava 
uma nova revolução: o neodarwinismo. Com ele, uma idéia aterradora começou a 
sair do forno: a de que você não passa de um robô. Era a Teoria do Gene Egoísta, que 
ganhou corpo nos anos 70. 
Origem das espécies 2.0
PlanetaTerra, 4 bilhões de anos atrás. Um mundo adolescente, infestado por vul-
cões, meteoritos e tempestades violentas. No mar desse inferno, moléculas de carbono 
encontraram um porto seguro. E começaram a se juntar, formando cadeias cada vez 
mais longas e complexas. Uma hora, como quem não quer nada, apareceu um estranho 
nesse ninho. Um acidente da natureza. Era uma molécula capaz de se replicar, de su-
gar matéria orgânica do ambiente e usar como matéria-prima para produzir cópias dela 
mesma. Motivo? Nenhum: ela fazia réplicas por fazer e pronto. Vai entender...
Ainda mais porque arranjar matéria-prima, ou seja, “comida”, nesse oceano primiti-
vo era fácil: bastava “pescar” nutrientes na água. Assim ela cresceu e se multiplicou. Mas 
tinha um problema: nem sempre as réplicas saíam perfeitas. Às vezes acontecia um erro 
de cópia aqui, outro ali. Surgiam aberrações. “Um livro e tanto escreveria o capelão do 
Diabo sobre os trabalhos desastrados, esbanjadores, ineficientes e terrivelmente cruéis 
da natureza!”, escreveria Darwin sobre esse processo bilhões de anos depois.
Esses erros aconteciam bem de vez em quando: um a cada milhão de réplicas. 
Mas tempo é o que não falta nesse mundo. Então eles foram se acumulando mais e 
Sistemas Biológicos 19
mais. Só que alguns não davam em aberrações. Muito pelo contrário. Algumas réplicas 
nasciam com uma mutação que as fazia se multiplicar mais em menos tempo. E não 
demorou para essas mutantes mais férteis dominarem o mar. Só isso já é um tipo de 
seleção natural. Mas a regra de Darwin só deu as caras para valer quando aconteceu o 
inevitável: o mundo ficou pequeno para tantos replicadores. Com a superpopulação, 
os ingredientes de que eles precisavam para fazer suas cópias rarearam. Era a primeira 
crise de fome no planeta.
A saída? Ir para a briga. Mas estamos falando de moléculas, que não têm lá muito 
poder de decisão. Foi aí que provavelmente surgiu uma mutação inédita, que permitia 
a algumas moléculas comer outros replicadores. Assim elas conseguiam eficiência to-
tal: arranjavam almoço e eliminavam rivais ao mesmo tempo. Com o tempo surgiram 
mutantes com capa protetora natural. Com essa armadura, dava para comer os rivais 
sem o risco de ser comido. Nasciam as primeiras células do mundo. “Os replicadores 
deixavam de meramente existir e começavam a fazer contêineres para eles, veículos 
para que pudessem continuar vivos. Os que sobreviveram foram os que construíram 
‘máquinas de sobrevivência’ para si”, escreveu o mais notório dos neodarwinistas, o 
zoólogo Richard Dawkins, da Universidade de Oxford, na Inglaterra.
E o progresso nunca parou. Tanto que hoje boa parte dos replicadores vive em “ro-
bôs” imensos, feitos de milhares de trilhões de células. Agora os chamamos de genes, 
e eles estão dentro de nós. Somos sua máquina de sobrevivência. 
O sentido da vida
Genes mutantes e as pressões da seleção natural fizeram essa obra esplêndida que 
você vê no espelho todas as manhãs. Uma caminhada e tanto. Mas uma coisa não mu-
dou desde os tempos da primeira molécula replicadora. Aquele objetivo irracional con-
tinua intacto: tudo o que os genes querem é fazer cópias de si mesmos. Foi para isso 
que eles criaram nosso corpo e nossa mente. E agora nos comandam lá de dentro, por 
controle remoto, para que trabalhemos em nome de sua preservação. A razão da exis-
tência? Lutar para que os genes façam cópias deles mesmos do melhor jeito possível.
E, para os neodarwinistas, esse egoísmo dos genes é a chave para descobrir como 
a nossa mente funciona. O próprio Darwin tinha escrito, no final de A Origem das 
Espécies: “Agora a psicologia se assentará sobre um novo alicerce”. Demorou, mas 
aconteceu. Uma nova ciência da mente ganhou terreno no final do século 20. Foi a 
psicologia evolucionista, que usa Darwin e a mecânica dos genes para entender o que 
se passa aí dentro da sua cabeça.
Sexo 
Ao criar esse tipo inovador de reprodução, a seleção natural tratou de dividir o tra-
balho entre dois tipos de funcionários especializados. Um teria a função de tentar pôr 
seus genes em qualquer máquina de sobrevivência que cruzasse seu caminho. O outro 
selecionaria entre esses primeiros quais têm os melhores genes para compartilhar e 
cuidaria da cria que os dois tivessem juntos. Em outras palavras, o mundo se dividia 
entre machos e fêmeas (em algumas espécies, os papéis se invertem: os filhotes ficam 
a cargo dos machos, então eles é que são os mais paquerados).
Enfim, ao ganhar o poder de decidir quais machos terão filhos e quais ficarão na 
prateleira, as fêmeas assumiram o controle da evolução na maioria das espécies. E, 
para a psicologia evolutiva, é isso que determina aquilo que mais importa na vida: a 
propagação dos nossos genes, coisa também conhecida como vida afetiva e sexual.
O sexo, hoje, tem pouca relação com o ato de fazer filhos. Você sabe. Nenhum ado-
lescente pensa em engravidar 10 meninas quando vai viajar para o Carnaval. Mas os 
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.20
genes dele não fazem idéia de que existem camisinhas e tudo o mais, então deixam o 
rapaz com vontade de transar com 10 garotas e pronto. Se tudo der certo, esses genes 
poderão instalar-se no útero de um monte de meninas e construir um monte de bebês 
(várias máquinas de sobrevivência novinhas em folha!). Mas não. O cérebro delas evo-
luiu para selecionar os melhores parceiros, ter poucos (e bons) filhos, não para tentar 
a sorte com qualquer um. 
Psicólogos da Universidade Stanford, nos EUA, checaram isso com uma experiência 
simples. Contrataram homens e mulheres atraentes para abordar estudantes e dizer: 
“Você gostaria de ir para a cama comigo hoje?” Nenhuma mulher aceitou. Já as garo-
tas tiveram resultados melhores: 75% dos homens toparam no ato. Dos 25% restantes, 
a maioria pediu desculpas, explicando que tinha marcado de sair com a namorada. 
Pois é: do ponto de vista da seleção natural, uma bela fêmea disponível é um bem 
valioso demais para ser desperdiçado. Nenhum homem se surpreende com isso (o 
pessoal da obra não está só brincando quando diz “ô, lá em casa!”), mas para as mu-
lheres a verdade da psicologia evolucionista pode soar assustadora: “O desejo de va-
riedade sexual nos homens é insaciável. Quanto maior for o número de mulheres com 
quem um homem tiver relações, mais filhos ele terá [pelo menos é o que “pensam” os 
genes]. Então demais nunca é o bastante”, escreveu outro guru do neodarwinismo, o 
psicólogo Steven Pinker, da Universidade Harvard, nos EUA.
Sangue do meu sangue
Você é uma máquina de sobrevivência dos seus genes, que o usam para se repro-
duzir. Ok. Mas o que aconteceria se esses genes tivessem construído um cérebro capaz 
de detectar cópias deles em outro corpo? O seguinte: eles também lutariam pela so-
brevivência desse corpo. Fariam você se sentir aliviado com bem-estar dele.
O fato é que os genes construíram esse sistema de detecção. Todos os cérebros 
têm isso em algum grau. E o altruísmo puro é exatamente o que acontece quando dois 
animais são parentes próximos.
Existe uma chance em duas de que qualquer um dos seus genes esteja no seu 
irmão ou no seu filho. E 1 em 8 de que esteja em um primo. Sendo assim, o que o 
neodarwinismo diz é: você não “ama” seus filhos e irmãos. São seus genes que vêem 
neles maneiras de se perpetuar. E é por isso que você os ajuda. O geneticista John Hal-
dane (1892-1964), um dos pioneiros do neodarwinismo, quis deixar isso claro quando 
lhe perguntaram se ele daria a vida por um irmão. A resposta: “Não. Mas daria por 2 
irmãos ou 8 primos”.
Revista Superinteressante, Ed. 240, junho de 2007, disponível em http://super.abril.com.br/revista/240/ma-
teria_revista_234211.shtml?pagina=1, acesso em 20/04/2010.
Capítulo 2
Hieraquia de organização
1. Níveis de organização
Denomina-se hierarquia a série contínua de graus ou escalas, em or-
dem crescente ou decrescente. A vida também se dispõe hierarquicamente 
em várias escalas, as quais denominamos níveis de organização. Emboraexistam níveis de organização inferiores, na Biologia, utilizamos o nível mole-
cular como ponto de partida da escala hierárquica, sendo seguido por orga-
nelas, células, tecidos, órgãos, sistemas, organismos, populações, comunida-
des, ecossistemas e biosfera.
• Molécula: nível organizacional mais básico; os organismos vivos são for-
mados por combinações complexas de moléculas inorgânicas, em espe-
cial a água, e moléculas orgânicas, que são, principalmente, proteínas, lipí-
dios, carboidratos e ácidos nucléicos.
• Organela: estrutura intracelular compartimentalizada com funções especí-
ficas, como a respiração realizada pela mitocôndria e a fotossíntese, pelos 
cloroplastos; presentes em células eucariontes.
• Célula: unidade morfológica e funcional dos seres vivos; alguns indivíduos 
são formados por uma única célula (unicelulares) e outros por várias célu-
las (pluricelulares); existem células de vários tipos, com as mais diversas 
especializações. Exemplos: miócito, neurônio, osteócito.
• Tecido: conjunto de células com especializações semelhantes, que se 
unem para realizar a mesma função. Exemplos: tecido epitelial, tecido mus-
cular, tecido nervoso.
• Órgão: junção de tecidos em uma estrutura única para realizar uma ou 
mais funções complexas. Exemplos: estômago, rim, cérebro.
• Sistema: seqüência de órgãos com ação coordenada, que desempenham 
funções vitais para o organismo. Exemplos: sistema digestório, sistema ner-
voso, sistema urinário.
• Organismo: ser vivo completo, que seja unicelular ou pluricelular, quando 
é formado por um conjunto integrado de sistemas.
• População: conjunto de indivíduos da mesma espécie, que convivem 
compartilhando o mesmo nicho ecológico.
Espécie: dizemos que 
pertencem à mesma 
espécie indivíduos entre os 
quais há fluxo gênico, que 
conseguem se reproduzir 
na natureza, gerando 
descendentes semelhantes 
e férteis.
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.22
• Comunidade: conjunto de populações de espécies diferentes que vivem 
em um mesmo habitat; ou conjunto dos fatores bióticos do ambiente.
• Ecossistema: conjunto de interações entre os indivíduos de uma comuni-
dade, entre si e com os fatores abióticos do meio; um ecossistema pode ser 
estudado em várias escalas e dimensões, por exemplo, uma gota de água 
do mar, um aquário, uma floresta etc.
• Biosfera: conjunto de todos os ecossistemas da Terra; ou camada do pla-
neta que sofre interferência dos fatores bióticos.
Nicho ecológico: Localização e função física de um organismo num ecossistema.
2. Conceito de ecossistema
Como vimos, um ecossistema corresponde ao conjunto de interações 
existentes entre os fatores bióticos (seres vivos) e abióticos de uma determinada 
área ou habitat. Entendem-se como fatores abióticos todos aqueles relaciona-
dos apenas à matéria não-viva, como a concentração de sais minerais no solo, 
a temperatura, a pluviosidade, a umidade do ar, a incidência da luz etc.
É difícil dizer onde começa ou termina um ecossistema, ou seja, qual 
ou quais os seus limites. Para efeito de estudo, geralmente, são determinadas 
dimensões que não existem naturalmente. Assim, um ecossistema pode ter 
desde alguns cm² até milhares de km². Entretanto, para uma melhor compre-
ensão e mesmo para possibilitar as investigações científicas, existem algu-
mas convenções adotadas, como a separação entre os ecossistemas aquá-
ticos e terrestres.
Os grandes ecossistemas brasileiros, por exemplo, são tradicionalmen-
te divididos em: floresta amazônica, mata dos cocais, caatinga, complexo Exemplo de Ecossistema
Habitat: Lugar onde 
um animal ou planta 
vive ou se desenvolve 
normalmente, geralmente 
diferenciado por 
características físicas ou 
por plantas dominantes.
Sistemas Biológicos 23
do pantanal, cerrado, mata de araucárias, campos e ecossistemas litorâne-
os (restinga, dunas, manguezal etc.). Além disso, a costa brasileira pode ser 
tratada como um vasto ecossistema marinho. Nesse momento, é importante 
deixar claro que os ecossistemas não apresentam uma fronteira, um limite 
definido. Entre um ecossistema e outro existe uma zona de transição cha-
mada de ecótono. Algumas vezes, o ecótono pode possuir características 
singulares a ponto de ser tratado como um ecossistema, como é o caso da 
mata dos cocais, que é um ecossistema de transição entre floresta amazônica 
e a caatinga.
Ecossistemas Brasileiros
3. Propriedades emergentes
Uma propriedade emergente pode surgir quando certo número de enti-
dades simples interage em um ambiente e, coletivamente, obtêm característi-
cas ou desempenham tarefas mais complexas. A propriedade emergente em si 
pode ser muito previsível ou imprevisível e inesperada, o que é mais comum, 
representando um novo nível de evolução do sistema. Uma propriedade emer-
gente complexa não está presente em nenhuma das entidades simples, nem 
pode ser facilmente previsível ou deduzida a partir do comportamento de enti-
dades de níveis inferiores: elas são irredutíveis. Por exemplo, nenhuma proprie-
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.24
dade física de uma única molécula de gás levaria alguém a pensar que uma 
grande quantidade dessas moléculas seria capaz de transmitir ondas sonoras.
Uma razão que demonstra a dificuldade de prever uma propriedade 
emergente é a quantidade de interações que pode existir entre os compo-
nentes de um sistema, que aumenta exponencialmente com o aumento do 
número de componentes, o que potencializa a emergência súbita de novas 
propriedades. A observação desse fato é tão importante que não é possível, 
nem mesmo para um computador, determinar o número de arranjos existen-
tes em um pequeno sistema de 20 moléculas. Entretanto, não é só o número 
de conexões entre os componentes que favorece a emergência, mas também 
a organização estabelecida na formação dessas conexões.
Através dos níveis da hierarquia de organização dos seres vivos sur-
gem diversas propriedades emergentes, que podem parecer padronizadas, 
mas que não seguem uma regra e não são criadas por um evento isolado. 
Nada comanda um sistema para o surgimento de um padrão, pelo contrário, 
a interação de cada componente com o meio ao seu redor inicia uma comple-
xa cadeia de eventos que geram alguma ordem. Pode-se concluir que uma 
propriedade emergente representa mais do que o somatório das propriedades 
dos componentes do sistema, pois ela não surge apenas da coexistência des-
ses componentes, e sim da interação entre eles. 
Sistemas com propriedades emergentes parecem desafiar os princí-
pios da entropia e da segunda lei da termodinâmica, porque eles formam e 
aumentam a ordem apesar da ausência de um comando ou controle central. 
Isso pode ocorrer, pois sistemas abertos podem trocar (receber e transmitir) 
informações com o ambiente.
Podemos encontrar propriedades emergentes em muitos fenômenos natu-
rais, desde o contexto físico até o biológico. Retomando o exemplo dos níveis de 
organização da vida, podemos encontrar a seguinte seqüência: uma combinação 
de átomos dando origem a moléculas como as cadeias polipeptídicas, que se do-
bram e enovelam formando proteínas, que podem adquirir uma estrutura espacial 
complexa ou interagir com outras moléculas para executar funções biológicas 
mais elaboradas e, eventualmente, fazer parte de um novo organismo. Ana-
lisando o outro extremo da escala organizacional, todas as comunidades do 
mundo unem-se, compondo a biosfera, onde os seres humanos participam 
formando as sociedades, onde existem interações complexas de onde emer-
gem diversas propriedades, como os sistemas de governo e o mercado.
Outro exemplo biológico, mais simples, é a formação de grupos orga-
nizados de animais, como uma sociedade de formigas ou de outros insetos 
sociais, um cardume de peixes, um rebanho de mamíferos, uma colméia de 
abelhas ou um bando de pássaros.
Você já observou que 
muitas espécies de 
pássaros organizam-se 
durante o vôo formando 
um V e que eles alternam 
as posições durante 
o percurso? Esse 
comportamentoé uma 
propriedade que emerge 
da formação do bando.
Ecótono: Área de 
transição entre dois 
ou mais habitats 
ou ecossistemas 
distintos, que pode ter 
características de ambos 
ou próprias. Os limites de 
uma floresta, perto de um 
campo ou gramado, é um 
ecótono, do mesmo modo 
que as savanas entre 
florestas e pastagens.
Sistemas Biológicos 25
Na física, também podemos observar propriedades emergentes como, 
por exemplo, a formação das cores: partículas sem cor, prótons e elétrons 
organizam-se para formar um átomo e, por conta desse arranjo específico, 
é possível que um elétron movimente-se entre as camadas da elestrosfera, 
emitindo fótons coloridos.
Atividades de avaliação
1. A partir de uma célula eucariótica, crie uma série de níveis de organização 
integrados até ecossistema.
2. Tendo como base as informações deste Manual, utilizando suas palavras, 
conceitue ecossistemas e cite três novos exemplos.
3. Identifique e explique com detalhes conceituais dois exemplos de proprie-
dades emergentes na física.
Capítulo 3
Diversidade da vida
1. Nomenclatura científica
A Taxonomia (do grego taxis = ordem, arranjo + nomos = lei, ciência) é 
a ciência que estuda e pratica a classificação dos seres vivos, distribuindo-os 
em grupos de acordo com suas características e nomeando-os de maneira 
que possam ser reconhecidos em todos os lugares do planeta. Atualmente, a 
taxonomia também é conhecida como Sistemática Biológica.
Embora a definição pareça simples, muitos cientistas já tentaram criar 
um esquema prático para o agrupamento dos seres vivos, mas nenhuma das 
classificações existentes até hoje é considerada perfeita.
Tipicamente, são usadas unidades taxonômicas conhecidas como táxon 
(no plural, táxons), organizadas em uma estrutura hierárquica que expressa as 
relações existentes entre os seres vivos. A seqüência básica de táxons inicia-se, 
no seu nível mais baixo, com a categoria de Espécie, seguida de Gênero, Fa-
mília, Ordem, Classe, Filo e, por fim, Reino. Ainda podem existir sub-táxons ou 
super-táxons, como super-Classe e sub-Filo. A distribuição dos animais e plan-
tas até a categoria de super-Família está sob a regulamentação dos Códigos 
Internacionais de Nomenclatura Zoológica e Botânica, respectivamente, porém, 
para os demais organismos e as categorias superiores, não é estabelecido ne-
nhum controle oficial. Contudo, as propostas de alterações das classificações 
taxonômicas são feitas por cientistas, após pesquisas detalhadas. Há alguns 
anos, a pesquisa científica na taxonomia vem sofrendo mudanças expressivas, 
pois os avanços nas áreas de Genética e Biologia Molecular permitiram o estu-
do das relações entre os organismos em nível de DNA e RNA.
Os primeiros passos para a classificação dos organismos foram dados, 
provavelmente, pelo filósofo grego Aristóteles, separando as plantas dos ani-
mais, subdividindo estes de acordo com o meio em que se moviam (terra, 
água ou ar) e introduzindo os primeiros termos classificatórios, que foram re-
modelados conceitualmente e utilizados por Lineu em seus trabalhos, desen-
volvidos no século XVIII. Nesse interstício, muitos sábios, filósofos, pensado-
res, naturalistas, botânicos e zoólogos comentaram e propuseram métodos 
de classificação para os seres vivos, mas a maior contribuição desses cientis-
Nas regras de 
nomenclatura científica, 
as palavras devem ser 
escritas em Latim ou 
latinizadas, através 
de uso de sufixos 
convencionados. O 
Latim foi escolhido para 
a nomenclatura científica 
por ser uma língua 
morta, que não é falada 
oficialmente em nenhum 
país, e por ser antiga e 
tradicional. Entretanto, 
alguns termos de uso 
frequente sofreram 
alteração de sua origem 
do latim, como é o 
caso da palavra taxum, 
cujo plural é taxa, que 
foram, ao longo do 
tempo, substituídas, 
respectivamente, por 
táxon e táxons.
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.28
tas, chamados de metodistas por Lineu, foi a criação de diversas coleções de 
organismos, com descrições detalhadas de suas estruturas, inclusive análises 
microscópicas.
Em 1735, Karl von Linnée, Carolus Linnaeus, ou simplesmente Lineu, 
publicou a primeira das 12 edições da obra “Systema Naturae”, que dividiu a 
natureza em três reinos: mineral, vegetal e animal; e criou cinco táxons: classe, 
ordem, gênero, espécie e variedade. Além disso, a Taxonomia sofreu modifi-
cações profundas, tornando-se mais acessível e prática, pois aboliu os longos 
nomes descritivos, criou chaves de classificação detalhadas (characteres na-
turales) para os gêneros e integrou as variedades dentro de suas respectivas 
espécies, evitando a criação constante de um grande número destas. Entre-
tanto, a maior contribuição de Lineu foi o estabelecimento da nomenclatura 
binomial das espécies, que foi baseada nas características que ele conside-
rou mais relevantes entre as contidas nas frases descritivas de cada espécie. 
Esse trabalho foi refinado ao longo dos anos até a publicação das últimas 
edições das obras “Systema Naturae” e “Species Plantarum”, que servem de 
referência para a nomenclatura de animais e plantas, respectivamente.
A nomenclatura binomial, hoje conhecida como nomenclatura biológi-
ca, apresenta um conjunto de normas para a criação dos nomes científicos, 
como especificado abaixo:
Deve ser composto por duas palavras: a primeira, iniciada com letra 
maiúscula, referente ao gênero (nome genérico ou epíteto genérico) e a se-
gunda, toda em letras minúsculas, referente à espécie (nome específico ou 
epíteto específico).
Deve ser escrito em latim ou as palavras que o compõem devem ser 
latinizadas.
Deve ser destacado do texto onde são escritos, aparecendo em itálico 
ou sublinhados, se manuscrito.
Para Lineu, o epíteto específico deve ser um nome pequeno, único (ao 
menos dentro de um mesmo gênero) e fixo (que não varie independente das 
mudanças de classificação). Isso permitiu a difusão da nomenclatura cientí-
fica dentro da comunidade acadêmica, tendo uma excelente aceitação nos 
dias atuais, permitindo que as espécies e, inclusive, as variedades, sejam re-
conhecidas pelo mesmo nome em qualquer lugar do planeta, independente 
da língua e do nome comum (ou nome vulgar) pelo qual ela seja conhecida 
no local. É possível encontrar epítetos específicos iguais em espécies perten-
centes a gêneros diferentes, como Arthemisia vulgaris e Strongylus vulgaris.
Embora não seja uma regra, é usual que o nome científico de uma es-
pécie seja escrito por inteiro quando citado pela primeira vez em um texto, 
podendo ser abreviado nas demais ocasiões. Para algumas espécies muito 
Sistemas Biológicos 29
corriqueiras, a abreviatura é utilizada sem maiores esclarecimentos. A técnica 
para abreviar um nome científico é simples: escrever a primeira letra do epíteto 
genérico seguida de um ponto e grafar o epíteto específico inteiro. Mesmo 
abreviado, o nome deve aparecer destacado no texto, como explicado ante-
riormente. Exemplificando, os nomes científicos do homem e do cão domésti-
co são, respectivamente, Homo sapiens e Canis familiaris, abreviando, temos 
H. sapiens e C. familiaris.
O nome específico pode ser acrescido do nome de seu primeiro autor, 
grafado com caracteres iguais ao do texto como um todo (não destacado) 
e iniciado com letra maiúscula. Alguns cientistas foram importantes autores 
dentro da nomenclatura científica e seus nomes têm abreviaturas aceitas uni-
versalmente, como é o caso de L., que significa Lineu. Caso o nome de uma 
espécie sofra alterações, a citação do primeiro autor deve ficar entre parênte-
sis, sucedida pela citação do segundo autor.
Também existem regras de nomenclatura para alguns dos outros tá-
xons. Contudo, essas regras são mais simples, consistindo apenas no acrés-
cimo de desinências (sufixos) aos nomes, de forma que seja possível reco-
nhecer o táxon que está sendo referido. Verifique alguns exemplos dessas 
terminações características na tabela abaixo (Tabela 1):
Tabela 1
Exemplos de desinências para táxonssuperiores a espécie
Táxon Desinência / Exemplo
Plantas Animais
Divisão / Filo - phyta / Anthophyta -
Classe - opsida / Lycopodiopsida -
Ordem - ales / Asparagales -
Família - aceae / Cactaceae - idae / Hominidae
2. Classificação atual dos seres vivos
A classificação biológica atual tem suas raízes nos trabalhos desenvol-
vidos por Lineu, que se baseou nas características físicas dos organismos 
para agrupá-los em diferentes categorias ou táxons. Embora as categorias 
hierárquicas mais tradicionais sejam Reino, Filo, Classe, Ordem, Família, Gê-
nero e Espécie, é comum que o termo Filo seja substituído por Divisão na no-
menclatura dos vegetais. Além disso, um táxon superior a Reino, o Domínio, 
tem sido cada vez mais aceito e utilizado, e as categorias Subespécie e Va-
riedade ainda não são consideradas táxons inferiores a espécie, mas também 
possuem ampla utilização.
Observe o diagrama a seguir para compreender melhor como foram 
idealizadas e quais são as mais importantes classificações propostas. Diante 
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.30
da diversidade de seres vivos existentes, é fácil admitir que não exista um 
consenso sobre como eles devem ser agrupados, e, portanto, não há uma 
classificação perfeita e definitiva. Agregados a essa diversidade, temos os 
avanços da ciência, que permitem a comparação dos seres vivos não apenas 
através de suas características físicas, mas também pela semelhança entre 
o material genético.
Principais classificações dos seres vivos.
* As dimensões das quadrículas que representam cada categoria
 correspondem à diversidade de seres vivos que elas englobam.
A comunidade científica ainda recebe com melhores olhos a classifi-
cação dos cinco Reinos (de Whittaker, 1969), embora já admita que o Reino 
Monera necessite ser divido. Esta divisão foi proposta por Woese e colabora-
dores em dois momentos, 1977 e 1990, quando sugeriu, respectivamente, a 
criação de um sexto Reino, dividindo Monera em Bacteria e Achaebacteria; e 
a criação de três Domínios, dividindo o Reino Monera nos Domínios Bacteria 
e Archaea e agrupando todos os seres eucariontes em um grande Domínio 
chamado Eucarya.
Whittaker baseou sua classificação na organização do corpo dos seres 
vivos, de forma que eles poderiam ser procariontes ou eucariontes, unice-
lulares ou pluricelulares, e ainda subdividiu os eucariontes pluricelulares de 
acordo com as formas de nutrição, quais fossem fotossíntese, absorção ou 
ingestão de alimentos.
Woese e sua equipe desenvolveram seus trabalhos a partir da década 
de 70, o que lhes permitiu utilizar uma série de recursos tecnológicos que não 
estavam disponíveis para os seus antecessores, especialmente, as técnicas 
de manipulação e análise do material genético dos seres vivos. Então, com-
parando o RNA que compõe os ribossomos (RNAr), eles puderam determinar 
Autor principal Lineu Haeckel Chatton Copeland Whittaker Woese Margullis Woese
Ano 1735 1866 1925 1938 1969 1977 1988 1990
Nº de catego-
rias*
2 Reinos 3 Reinos 2 Impérios 4 Reinos 5 Reinos 6 Reinos 5 Reinos 3 Domínios
Se
re
s 
viv
os
(Não inclusos 
na classifi-
cação)
Protista
Prokaryota Monera Monera
Eubacteria
Monera
Bacteria
Archaebacteria Archaea
Eukaryota
Protista
Protista Protista Protoctista
Eucarya
Fungi Fungi Fungi
Vegetabilia Plantae Plantae Plantae Plantae Plantae
Animalia Animalia Animalia Animalia Animalia Animalia
Sistemas Biológicos 31
a semelhança genética existente entre os principais representantes dos seres 
vivos, criando a classificação em três Domínios. Com base nos dados obti-
dos, esse grupo de pesquisadores propôs ainda a reorganização dos Reinos, 
dividindo o Domínio Eucarya nos reinos Fungi, Animalia, Plantae, Strameno-
pila e Alveolata.
As subdivisões de Woese não foram bem recebidas pelos taxonomis-
tas e estimularam Lynn Margullis e Karlene Schwartz a defender, em 1988, a 
retomada do sistema de cinco Reinos de Whittaker, com uma única modifica-
ção, a substituição do Reino Protista pelo Protoctista, que passaria a incluir, 
além dos seres eucarióticos unicelulares heterotróficos, as algas (eucarióticos 
autotróficos fotossintetizantes, unicelulares ou multicelulares) e os fungos uni-
celulares flagelados.
As informações sobre os seres pertencentes ao Reino Protista ainda 
são bastante controversas, existindo propostas de subdivisão dos Protistas 
em até doze Reinos diferentes. É muito provável que as pesquisas científicas 
nos próximos anos determinem profundas mudanças de classificação para 
essa categoria.
Na classificação atual mais utilizada dos seres vivos temos, portanto, 
os Reinos:
• Monera: todos os procariontes (unicelulares heterótrofos e autótrofos).
• Protista: protozoários (eucariontes unicelulares heterótrofos) e algas (eu-
cariontes, unicelulares ou multicelulares, fotossintetizantes não formadores 
de tecidos).
• Fungi: fungos em geral (eucariontes heterótrofos, unicelulares ou multice-
lulares, de nutrição por absorção).
• Plantae: algas superiores e plantas (eucariontes pluricelulares autótrofos 
formadores de tecidos verdadeiros).
• Animalia: todos os animais (eucariontes pluricelulares heterótrofos de nu-
trição por ingestão).
Os sistemas de classificação biológica moderna têm sofrido alterações 
motivadas por estudos genéticos e, também, por estudos evolucionistas, prin-
cipalmente baseados nos pensamentos darwinianos sobre seleção natural. 
Os cientistas acreditam que a maneira mais comum para a criação de novas 
espécies se dá pelo aumento da diversidade entre os indivíduos ao longo do 
tempo, até o momento em que as diferenças são tão pronunciadas a ponto 
de caracterizar uma nova espécie. A esse tipo de especiação, damos o nome 
de cladogênese (do grego kládos = ramo + génesis = origem). Essa diferen-
ciação entre os indivíduos de mesma espécie seria determinada por um iso-
lamento geográfico ou distanciamento físico entre grupos ou populações de 
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.32
uma espécie, que passariam a habitar ambientes diferentes e, portanto, sofrer 
pressões seletivas diferentes, levando ao acúmulo de características adapta-
tivas diversas, de forma progressiva, culminando com a impossibilidade de re-
produção entre os dois grupos (isolamento reprodutivo), sendo considerados 
de espécies distintas.
A Taxonomia Cladística ou, simplesmente, Cladística, organiza os gru-
pos em árvores filogenéticas especiais, de acordo com novas características 
(apomorfias) que foram surgindo a partir de um ancestral comum. A repre-
sentação do resultado de uma análise cladística também é conhecida como 
cladograma e os grupos gerados a partir dela são chamados de clados. É 
comum que haja correspondência entre os táxons e os clados, fazendo com 
que essas duas unidades, embora determinadas por métodos diferentes, re-
cebam o mesmo nome.
A montagem de um cladograma é feita a partir de um ancestral comum, 
que apresenta uma característica primitiva que origina duas características 
derivadas e, conseqüentemente, dois novos ramos no cladograma. O ponto 
de surgimento das novas características é chamado de “nó” e representa um 
momento no tempo evolutivo. Os novos clados possuem suas próprias ca-
racterísticas primitivas, que podem dar origem a novas apomorfias, gerando 
novos clados e assim por diante.
 
Cladograma elaborado por Woese quando criou os Domínios Bacteria, Archaea e 
Eucarya
De acordo com a Cladística, a seqüência de surgimento dos seres vivos 
atuais a partir dos primitivos é: Monera, Protista, Plantas, Fungos e Animais. As 
plantas estão, portanto, filogeneticamente mais relacionadas aos protistas que 
os fungos, os quais se assemelham mais aos animais.
Fora de qualquer sistema de classificação dos seres vivos, ainda exis-
tem os vírus, que são seres acelulares compostos por ácido nucléico (DNA 
Sistemas Biológicos 33
ou RNA) circundado por moléculas de proteínas, embora se acredite que eles 
possam ter sido originados a partir de diferentes organismos celulares.A ori-
gem evolutiva dos vírus sucederia a origem das células, que hoje compõem 
os seres vivos. Isoladamente, os vírus não são capazes de se reproduzir, po-
rém, quando se encontram no interior de uma célula hospedeira, são capazes 
de dominar o maquinário celular, desviando o metabolismo para a produção 
de novas cópias virais.
Atividades de avaliação
1. Crie um novo nome científico para a espécie humana e justifique suas es-
colhas com base na classificação dos seres vivos e nas regras de nomen-
clatura científica.
2. Pesquise um cladograma e identifique os critérios utilizados em sua 
montagem.
Síntese da Parte 1
Ao longo da Unidade 1, você foi apresentado aos conceitos básicos da 
Biologia, conhecendo suas áreas e objetos de estudo, bem como as principais 
descobertas relacionadas ao conhecimento científico com implicações bioló-
gicas. Caracterizamos os seres vivos com base em composição química, or-
ganização celular, respostas a estímulos do ambiente, nutrição, metabolismo, 
crescimento, homeostase, reprodução, capacidade de adaptação ao meio e 
evolução. Também vimos como os seres vivos podem ser distribuídos em ní-
veis de organização hierárquica e que novas propriedades e características 
podem emergir de cada um desses níveis. Além disso, estudamos como os 
cientistas buscam classificar e nomear os organismos vivos e as dificuldades 
encontradas diante da grande diversidade da vida.
Leituras, filmes e sites
@
Criação
Sinopse: Charles Darwin (Paul Bettany) revolucionou toda a história 
da humanidade com sua extraordinária obra - A Origem das Espécies. Suas 
idéias chocaram a todos, mas foi dentro de sua família, em especial, sua es-
posa Emma (Jennifer Connely), onde ele encontrou os maiores desafios a 
sua teoria. Darwin viveu um dilema entre fé e razão, amor e verdade.
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.34
Ficha Técnica
Título no Brasil: Criação - Título Original: Creation - País de Origem: Rei-
no Unido - Gênero: Drama - Tempo de Duração: 108 minutos - Ano de Lança-
mento: 2009 - Estréia no Brasil: 19/03/2010 - Estúdio/Distrib.: Imagem Filmes 
- Direção: Jon Amiel
Referências 
PURVES, W. K. et al. Vida: a ciência da biologia. Porto Alegre: Artmed, 2009. 3v.
CURTIS, H. Biologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009.
ODUM, E. P. Ecologia. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007. 
RAVEN, P. H.; EVERT, R. F.; EICHHORN, S. E. Biologia vegetal. 7. ed. Rio 
de Janeiro: Guanabara Koogan, 2007.
ALBERTS, B. et al. Biologia molecular da célula. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 
2004.
PARTE
As moléculas dos
sistemas biológicos
2
Capítulo 1
Noções de Biologia 
Molecular e Bioquímica
1. Composição química dos seres vivos
Para compreender de maneira mais ampla os mecanismos da fisiolo-
gia, bem como a organização e o metabolismo dos seres vivos, é fundamental 
estudar a composição desses organismos.
Os seres vivos são compostos por um conjunto de moléculas e áto-
mos, e, portanto, assim como a matéria não-viva, encontram-se submetidos 
às leis naturais do universo. Entretanto, os elementos químicos constituintes 
da matéria viva estão presentes em proporções diferentes, formando molé-
culas específicas. Os elementos químicos mais comuns nos seres vivos são 
carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre 
(S), além de outros elementos que aparecem em menor quantidade, como os 
sais minerais, e formam moléculas e substâncias complexas, representadas 
especialmente pelos compostos orgânicos, como carboidratos, lipídios, prote-
ínas e ácidos nucléicos.
A composição química aproximada da matéria viva, tendo como refe-
rência a célula eucariótica animal, é de 75 a 85% de água, 1% de sais mine-
rais, 1% de carboidratos, 2 a 3% de lipídios, 10 a 15% de proteínas e 1% de 
ácidos nucléicos.
O conhecimento acerca da composição química dos organismos vivos 
também pode ser utilizado para realizar a identificação de indivíduos. Esse 
método é comumente utilizado para classificar microorganismos com base na 
análise de suas características físicas e bioquímicas. A análise das caracterís-
ticas físicas envolve uma grande variedade de fatores que não se alteram com 
a morte do microorganismo, já a análise bioquímica atualmente utilizada nos 
laboratórios requer microorganismos vivos, pois os critérios avaliados incluem 
produtos do metabolismo, reações antigênicas e enzimáticas, e até mesmo 
alterações na taxa de crescimento ou na morfologia induzidas quimicamente. 
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.38
Como nos próximos tópicos dessa unidade discorreremos sobre a água 
e as moléculas orgânicas, abriremos um espaço para ressaltar a importância 
de alguns compostos inorgânicos: os sais minerais. Apesar de serem encon-
trados em uma proporção muito pequena nos seres vivos, a presença dos 
sais minerais é fundamental para a manutenção da vida.
Podemos encontrar sais minerais dissolvidos na água que compõe o 
organismo na forma de íons e também constituindo estrututuras rígidas, como 
o esqueleto, nesse caso, sendo insolúveis. Na tabela abaixo, encontraremos 
informações relevantes sobre esse elementos.
Sais Minerais Funções Fontes Deficiência Excesso
Fósforo
(P)
Atua no sistema de 
tampão, faz parte da 
estrutura das membranas 
celulares, é componente 
essencial dos ácidos 
nucléicos.
queijos, gema de ovo, 
leite, carnes, peixes, 
aves, cereais de trigo 
integral, legumes, 
castanhas.
manifestações neuro-
musculares, esqueléticas, 
hematológicas e renais.
Não conhecido.
Magnésio
(Mg)
síntese protéica, contrati-
lidade muscular, excitação 
dos nervos.
cereais de trigo 
integral, castanhas, 
carnes, leite, vegetais 
verdes, legumes.
anorexia, falta de 
crescimento, alterações 
eletrocardiográficas e neu-
romusculares, tetania.
Não há referências.
Sódio
(Na)
regulação do fluído 
extracelular e do volume 
plasmático, condução do 
impulso nervoso e controle 
da contração muscular.
sais de cozinha, 
alimentos do mar, 
alimentos de origem 
animal, leite, ovos.
normalmente não há. hipertensão arterial.
Potássio
(K)
manutenção do equilíbrio 
hídrico normal, equilíbrio 
osmótico e equilíbrio 
ácido-básico normais, 
regulação da atividade 
neuromuscular, cresci-
mento celular.
frutas, leite, carnes, 
cereais, vegetais, 
legumes.
fraqueza muscular, 
apatia mental, insuficiência 
cardíaca.
confusão mental, dormência 
nas extremidades, respiração 
fraca e enfraquecimento da 
ação cardíaca.
Cálcio
(Ca)
crescimento, gestação, 
lactação, construção e 
manutenção dos ossos 
e dentes, formação do 
coágulo, transporte nas 
membranas celulares, 
transmissão nervosa e 
regulação dos batimentos 
cardíacos.
leite e derivados, 
sardinha, mariscos, 
ostras, repolho cre-
spo, folhas de nabo, 
folhas de mostarda, 
brócolis.
raquitismo, osteomalácia, 
osteoporose, escorbuto, 
tetania.
hipercalcemia, calcificação 
intensa nos tecidos delica-
dos (rins, pulmões).
Ferro
(Fe)
componente da hemo-
globina e mioglobina, 
importante na transferên-
cia de O
2
.
fígado, carnes, gema 
de ovo, legumes, 
grãos integrais ou 
enriquecidos, veg-
etais verde-escuros, 
melaço escuro, 
camarão, ostras.
anemia ferropriva, perdas 
sangüíneas não habituais, 
parasitas e má absorção.
lesão tecidual, ulceração de 
mucosas, acidose metabóli-
ca, dano hepático e alveolar 
e insuficiência renal (doses 
de 3 a 10g/dia).
Sistemas Biológicos 39
Zinco
(Zn)
constituinte de diversas 
enzimas e insulina, impor-
tante no metabolismo dos 
ácidos nucléicos.
leite, fígado, molus-
cos, arenque, farelo 
de trigo.
alterações na gustação, 
diarréia, depressão mental, 
paranóias, dermatites oral e 
perioral, alopecia.
irritação gastrointestinal 
ou vômitos, deficiência de 
cobre.
Cobre
(Cu)
constituinte de enzimas de 
ceruroplasmina e ritrocu-
preína no sangue; pode ser 
parte integral da molécula 
de DNA e RNA.
fígado, moluscos, 
grãos integrais, 
cerejas, legumes, rins, 
aves, ostras, choco-
lates, castanhas, 
cereais, frutassecas, 
mariscos, tecidos 
animais.
não há ocorrência. doença de Wilson.
Iodo
(I)
integrante dos hormônios 
da tireódie.
sal de cozinha 
iodado, alimentos do 
mar, água e vegetais 
de regiões não boci-
ogênicas.
bócio simples ou endêmico. não há referências.
Manganês
(Mn)
ativador de diversas 
enzimas.
folha de beter-
raba, amora, grãos 
integrais, castanhas, 
legumes, frutas, chá.
esterilidade, anomalias es-
queléticas e ataxia de prole 
de mães deficientes.
sintomas semelhantes às 
doenças de Parkinson e 
Wilson.
Flúor
(F)
reduz cáries dentárias e 
pode minimizar a perda 
óssea.
água potável, chá, 
café, arroz, soja, 
espinafre, gelatina, 
cebola, alface.
aumento da incidência de 
cáries dentárias.
hipocalcemia e pos-
sível hiperparatireoidismo 
secundário.
Selênio
(Se)
antioxidante, associado ao 
metabolismo de gorduras e 
de vitamina E.
grãos, cebola, carne, 
leite.
músculos flácidos, miopatia 
cardíaca, aumento de 
fragilidade das células 
vermelhas sangüíneas e 
degeneração protéica.
aumento da incidência de 
cáries dentárias.
2. Água e sua importância para os organismos vivos
A água é uma substância química encontrada nos mais diversos am-
bientes, composta por hidrogênio (H) e oxigênio (O), sendo uma molécula 
imprescindível a todas as formas de vida conhecidas. Por exemplo, uma bac-
téria contém 70% de água, o corpo humano de 60 a 70%, uma planta mais de 
90% e uma água-viva, 94 a 98% de água.
Na Terra, a maior concentração de água está nos oceanos, correspon-
dendo a 97% da água do planeta; 2,4% correspondem às formações glaciais 
e às calotas polares; e o restante é representado por outras coleções de água 
superficiais, como lagos e rios. A água cobre 71% da superfície da Terra, mas 
ainda podemos encontrar aquíferos subterrâneos e, na atmosfera, na forma 
de vapor ou formando nuvens. Uma quantidade muito pequena de água fica 
concentrada nos organismos vivos.
Em pressão e temperatura ambiente, a água é um líquido inodoro, 
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.40
insípido (sem gosto) e, em pequenas quantidades, incolor. É a transparên-
cia da água que permite a vida de seres aquáticos fotossintetizantes como 
algas, já que a luz do sol pode alcançá-los.
A molécula de água é formada por um átomo central de oxigênio as-
sociado a dois de hidrogênio, compartilhando com cada um deles um par de 
elétrons em ligação covalente. A diferença de eletronegatividade entre O e 
H faz com que os elétrons de ligação aproximem-se mais do O, deixando-o 
com uma carga parcial negativa, enquanto os de H ficam com uma carga 
parcial positiva, tornando a molécula polarizada. A natureza polar da água 
favorece sua adesão a várias outras moléculas. Além de ser mais eletro-
negativo, o oxigênio ainda apresenta dois pares de elétrons não ligantes, 
que se organizam de maneira que as forças de repulsão entre os elétrons 
(inclusive os da ligação com H) sejam mínimas. Isso faz com que os pares 
de elétrons assumam uma disposição geométrica tetraédrica, onde o ângulo 
entre os pares de elétrons é de 109,5º. Entretanto, os pares de elétrons não 
ligantes exercem uma força maior de repulsão sobre aqueles que formam 
a ligação com o O, o que resulta em uma aproximação entre ligações O-H, 
que passam a formar um ângulo de 104,5º. Por isso, dizemos que a molécu-
la de água tem geometria angular. (Fig.1) 
Essa estrutura da molécula da água confe-
re a ela uma série de propriedades. A capilaridade 
se refere à tendência de a água líquida ascender 
em um tubo contra a força da gravidade, propor-
cionada pela aderência entre moléculas de água 
e destas com as paredes do tubo. Essa proprie-
dade auxilia a subida da seiva bruta das raízes 
em direção às folhas nas plantas vasculares.
As dimensões reduzidas e a polaridade da 
molécula da água permitem que ela seja um bom 
solvente, sendo considerada o “solvente univer-
sal”. As substâncias polares como sais, açúcares, alcoóis, além de gases 
são solúveis em água, enquanto as apolares como alcanos, óleos e gor-
duras são insolúveis em água. Aquelas substâncias que misturadas com 
a água formam um líquido com uma única fase, chamamos de miscíveis; 
quando a mistura forma mais de uma fase, chamamos imiscíveis. Ainda po-
demos classificar as substâncias de acordo com a afinidade com a água, 
denominando de hidrofílicas as substâncias que possuem afinidade e hidro-
fóbicas aquelas que não possuem afinidade com a água. A água pura apre-
senta baixa condutividade elétrica, porém, quando existem íons em solução, 
a condutividade aumenta expressivamente. A maioria dos componentes ce-
lulares encontra-se dissolvida em água.
Fig. 1: molécula da água e 
suas ligações.
Sistemas Biológicos 41
Outras propriedades da água são os pontos de fusão (0ºC, a 1 ATM) 
e ebulição (100ºC, a 1 ATM), além do alto calor específico (1cal/g ºC). São 
essas características que permitem a existência de água líquida em quase 
todos os ambientes terrestres e impedem as grandes oscilações de tempe-
ratura, o que é essencial para existência de vida.
O ciclo da água
O ciclo da água, ou ciclo hidrológico compreende um processo contí-
nuo de troca de água entre a atmosfera, o solo, as águas superficiais (oce-
anos, rios, lagos etc.), as águas subterrâneas e os seres vivos. A todos os 
locais onde existe água na Terra e, portanto, entre os quais ocorre o ciclo da 
água, chamamos de hidrosfera.O movimento da água entre esses ambien-
tes é feito através da evaporação, da precipitação e da transferência de 
água. A evaporação ocorre em todas as águas superficiais ou presentes 
no solo, bem como na superfície de todos os seres vivos que apresentam 
transpiração (animais e plantas); nesse processo, a água passa do estado 
físico líquido para o gasoso, na forma de vapor d’água, que se acumula na 
atmosfera, formando nuvens. À medida que as nuvens acumulam vapor 
d’água, tornam-se mais densas, até ocorrer a condensação e a precipita-
ção (chuva), que devolve a água ao solo, aos oceanos, rios, lagos etc. O 
aporte de água para o oceano não se deve apenas à precipitação; o volu-
me de água que evapora nos 
oceanos é, em grande parte, 
reposto pela transferência 
de água da terra para o mar, 
através do escoamento de 
água pelo solo e da desem-
bocadura de rios que, geral-
mente, correm para o mar. 
(Fig. 2)
Do ponto de vista bio-
lógico, a água tem um papel 
crucial, visto que todas as 
formas de vida conhecidas 
dependem dela, seja como 
solvente dos vários compo-
nentes orgânicos, seja como 
participante essencial em 
muitos processos metabólicos 
nos seres vivos. Metabolismo 
é o conjunto de todas as rea-
Leitão, A. M. F.; Vilar, J. L.; Almeida R. de.42
ções anabólicas e catabólicas. Nas sínteses anabólicas, a água é retirada das 
moléculas em reações catalisadas por enzimas (síntese por desidratação) com 
o objetivo de formar moléculas maiores, que participarão da estrutura ou de 
outras reações do organismo. No catabolismo, a água é usada para quebrar li-
gações (reações de hidrólise), com o intuito de formar moléculas menores, para 
liberação de energia para as reações do organismo ou para degradar partícu-
las estranhas e componentes velhos do organismo. Portanto, sem água, esses 
processos metabólicos cessariam, inviabilizando a vida como a conhecemos.
A água também tem seu papel central na fotossíntese e na respiração. 
Células fotossintéticas utilizam a energia proveniente do sol para separar o 
oxigênio dos hidrogênios da água, que são combinados com o CO2 absorvido 
do ar ou da água ambiente para formar glicose, liberando oxigênio (O2) para a 
atmosfera. Já na respiração, moléculas energéticas de origem carbônica, pre-
ferencialmente, a glicose são utilizadas como combustível, sendo oxidadas até 
recompor a água e o CO2. A energia contida nessas moléculas que, primaria-
mente, corresponde à energia absorvida no processo de fotossíntese é captu-
rada e armazenada transitoriamente em moléculas especiais como o ATP, que 
é responsável por fornecer energia