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• compreender e reconhecer os princípios da origem e da organização da vida e a história do desenvolvimento. • compreender alguns termos biológicos: autótrofos, heterótrofos, fotossíntese, seres unicelulares e pluricelulares. Capítulo 1 BiologiaBiologiaBiologiaBiologiaBiologiaBiologia Olá! Nesta unidade, nosso objetivo é: ht tp s:/ /n l.fr ee pi k.c om /in de x.p hp ?g o- to =2 &k =% 20 lea f& or de r= 2& se ar ch fo rm =1 &- va rs= 4 2vamos aprender Origem da vida é um tema muito polêmico, pois levanta questões para as quais nem sempre vamos ter respostas. Portanto, é importante estudarmos um pouco sobre as teorias existentes para compreender como surgiram os seres vivos. Teoria da Abiogênese ou Geração Espontânea (a, prefi xo de negação; bio, vida; genesis, origem; origem da vida a partir da matéria bruta) Essa teoria perdurou até meados do século XIX, quando alguns cientistas como, o fi lósofo grego Aristóteles (384-322 a.C.), entre outros, acreditavam que os seres vivos surgiam da matéria inanimada, por meio de um “princípio ativo”. Como por exemplo, as cobras, rãs e crocodilos podiam se formar a partir da lama de lagos e rios. Outro cientista defensor da abiogênese foi um célebre médico de Bruxelas Jan Baptist van Helmont (1577-1644), que elaborou uma “receita” para produzir ratos por geração espontânea. “[...] colocam-se, num canto sossegado e pouco Qual a importância de se estudar a Origem da Vida? Fonte: <https://sites.google.com/a/educ.indaiatuba.sp.gov.br/seres-vivospinezzzi/>. Acesso em: 30 de julho de 2018. 3 Fonte: <http://www.bethbiologia.com.br/p/biogenese.html>. Acesso em: 30 de julho de 2018. iluminado, camisas sujas. Sobre elas espalham-se grãos de trigo e o resultado será que, em vinte e um dias, surgirão ratos [...]” Essa hipótese de que os ratos surgiam de roupas sujas e grãos de trigo era bastante aceita pela sociedade da época. Não conseguiam perceber que, na verdade, os ratos eram atraídos pelas condições favoráveis como o alimento e o cheiro que as roupas exalavam e não porque eram produzidos espontaneamente. Com o passar do tempo, pesquisadores contestaram a hipótese da geração espontânea, apresentando argumentos e evidências favoráveis de que os seres vivos surgem somente pela reprodução de seres de sua própria espécie, teoria da biogênese. Teoria da Biogênese (bio, vida; genesis, origem; os seres vivos originam-se de outros seres vivos preexistentes) Francesco Redi (1626 -1697) realizou um experimento para comprovar na época que as larvas que apareciam nos cadáveres em decomposição, eram larvas de moscas e que não surgiam espontaneamente. Para testar sua hipótese, Redi realizou o experimento da seguinte forma: colocou pedaços de carne crua dentro de frascos, deixando alguns cobertos com gaze e outros completamente abertos. De acordo com a hipótese da abiogênese, deveriam surgir vermes ou mesmo moscas, nascidos da decomposição da própria carne. Isso, entretanto, não aconteceu. Nos frascos mantidos abertos verifi caram-se ovos, larvas e moscas sobre a carne, mas nos frascos cobertos com gaze nenhuma dessas formas foi encontrada sobre a carne. Esse experimento confi rmou a hipótese de Redi e comprovou que não havia geração espontânea de vermes a partir de corpos em decomposição. Os experimentos de Redi conseguiram reforçar a hipótese da biogênese 4até a descoberta dos seres microscópicos, quando uma parte dos cientistas passou novamente a considerar a hipótese da abiogênese para explicar a origem desses seres. Representação do experimento de Redi, com frascos contendo um pedaço de carne, sendo um aberto com a presença de larvas de moscas e outro tampado com gaze, com ausência de larvas. Fonte: <sobiologia.com.br>. Acesso em Agosto de 2018. 5 Louis Pasteur (1822 – 1895), por volta de 1860, conseguiu comprovar definitivamente que os microrganismos surgem a partir de outros preexistentes. Os experimentos de Pasteur estão descritos e esquematizados na figura abaixo: A ausência de microrganismos nos frascos do tipo “pescoço de cisne” mantidos intactos e a presença deles nos frascos cujo “pescoço” havia sido quebrado mostram que o ar contém microrganismos e que estes, ao entrarem em contato com o líquido nutritivo e estéril do balão, desenvolvem-se. No balão intacto, esses microrganismos não conseguem chegar até o líquido nutritivo e estéril, pois ficam retidos no “filtro” formado pelas gotículas de água surgidas no pescoço do balão durante o resfriamento. Já nos frascos em que o pescoço é quebrado, esse “filtro” deixa de existir, e os micróbios presentes no ar podem entrar em contato com o líquido nutritivo, onde encontram condições adequadas para seu desenvolvimento e proliferam. Experimento de Pasteur. Fonte: <sobiologia.com.br>. Acesso em Agosto de 2018. 6Hipóteses sobre a origem da vida Criação divina (criacionismo): essa hipótese é a mais antiga sobre a origem da vida, sendo apoiada pelos religiosos. Para eles os seres vivos foram criados individualmente por uma força superior, por uma divindade. Fonte: <https://www. infoescola.com/religiao/ criacionismo/>. Acesso em Agosto de 2018. Fonte: <http:// obviousmag.org/ archives/2010/04/ panspermia_uma_te- oria_fascinante_pa- ra_a_vida_na_te.ht- ml>. Acesso em Agosto de 2018. Origem extraterrestre (panspermia): a hipótese da panspermia propõe que a vida se originou fora da Terra, em outros planetas. Eles teriam surgido sob a forma de “esporos” trazidos por meteoritos e poeira cósmica. Estudos recentes tem mostrado presença de compostos orgânicos, especialmente aminoácidos, que são os blocos construtores das proteínas, em meteoritos e cometas que chegam à Terra. Isso mostra claramente que a formação de substâncias orgânicas no Universo, passo necessário para o surgimento de vida, é muito mais comum do que se pensava no passado. Porém, um forte argumento que contraria essa hipótese, é que os meteoritos, ao entrar em alta velocidade na atmosfera, sofrem um intenso aquecimento devido ao atrito com o ar, isso destruiria qualquer ser vivo nele existente. 7 Origem por evolução química: essa hipótese é a mais aceita pela categoria científica. Propõe que os seres vivos teriam surgido de forma espontânea, por evolução química de associações de moléculas não vivas. Essa hipótese foi inicialmente formulada de maneira independente na década de 1920 pelo cientista russo Alexander Ivanovich Oparin (1894-1980) e pelo inglês John Burdon Sanderson Haldane (1892-1964). Ficou conhecido como “hipótese da evolução gradual dos sistemas químicos”. Fonte: <https://sites.google.com/site/biologiaemdiscussao/home/ assuntos/hipoteses-sobre-a-origem-da-vida/origem-por-evolucao- quimica>. Acesso em Agosto de 2018. Apesar de existirem pequenas diferenças entre as hipóteses desses cientistas, basicamente eles propuseram que os primeiros seres vivos surgiram a partir de moléculas orgânicas que teriam se formado na atmosfera primitiva e depois nos oceanos, a partir de substâncias inorgânicas. De acordo com essa hipótese, compostos presentes na atmosfera primitiva, como os gases metano (CH4), amônia (NH3), gás hidrogênio (H2) e vapor d’água (H2O), e com constantes descargas elétricas, próprias das tempestades então frequentes que desencadearam reações entre alguns componentes da atmosfera primitiva formando moléculas orgânicas simples, em seguida, moléculas mais complexas. Com o aumento da quantidade de moléculas orgânicas, formou-se nos mares 8primitivos uma verdadeira “sopa nutritiva”, rica principalmente em aminoácidos e proteínas. Em determinadas condições, as moléculas de proteína, que estão envoltas por moléculas de água, aproximam-se umas das outras formando numerosos aglomerados que fi caram conhecidos por coacervados. No interior dos coacervados, de acordo com essa hipótese, deveriam ocorrer reações químicas e eles trocavam substâncias com o ambiente externo. Coacervados não são célulasnem precursores delas, simplesmente indicam que havia a possibilidade de formação, nas condições da Terra primitiva, de sistemas separados do meio, mas que com ele trocavam substâncias. Não se sabe como a primeira célula surgiu, mas pode-se supor que, se foi possível o surgimento de um sistema organizado como os coacervados, podem ter surgido estruturas muito simples, formadas por membranas delimitando o citoplasma onde estariam os ácidos nucleicos. Com a presença do ácido nucleico, essas formas teriam adquirido a capacidade de reprodução e regulação das reações internas. Nesse momento teriam surgido os primeiros seres vivos que, apesar de muito primitivos, eram capazes de se reproduzir, dando origem a outros seres semelhantes a eles. Célula. Fonte: <https://seonegativo.com/una-celula.html>. Acesso em Agosto de 2018 9 Segundo essa hipótese, os primeiros organismos apresentavam estrutura e reações químicas das células muito simples. Viviam em ambiente aquático, rico em substâncias nutritivas, mas, provavelmente, não havia oxigênio na A possibilidade de ter ocorrido evolução dos sistemas químicos foi testada pela primeira vez pelo cientista norte-americano Stanley L. Miller, em 1953 e Harold C. Urey. Miller construiu um aparelho que reuniu metano, amônia, hidrogênio e vapor de água, numa tentativa de recriar, em laboratório, as prováveis condições reinantes na atmosfera primitiva. Com a ação das descargas elétricas observou-se depois de algum tempo, o acúmulo de substâncias orgânicas (aminoácidos). O experimento de Miller Hipótese heterotrófi ca e autotrófi ca Esquema do experimento de Miller. Fonte: <sobiologia.com.br>. Acesso em Agosto de 2018 10 atmosfera, nem dissolvido na água dos mares. Nessas condições, é possível supor que, tendo alimento abundante ao seu redor, esses primeiros seres teriam utilizado esse alimento já pronto como fonte de energia e matéria-prima. Eles seriam, portanto, heterótrofos (hetero, diferente; trofos, alimento): organismos que não são capazes de sintetizar seu próprio alimento a partir de compostos inorgânicos. Uma vez incorporada na célula, essa matéria orgânica seria metabolizada por meio da fermentação, processo que não depende do oxigênio (anaeróbio, na; sem, aero, ar; bio, vida). Esses primeiros organismos deveriam ser, portanto, heterótrofos, e realizar a fermentação. Com o passar do tempo, houve grande aumento dos seres anaeróbios fermentadores, que passaram a consumir grande quantidade de matéria orgânica presente no meio. Paralelamente a isso, as condições climáticas da Terra primitiva também estavam mudando a ponto de não mais ocorrer síntese da matéria orgânica. A liberação de gás carbônico pelos processos anaeróbios aumentou a quantidade disponível desse gás. Em determinado momento, devem ter surgido alguns organismos com pigmentos como, a clorofila, capazes de absorver a energia luminosa. Usando essa energia, esses seres teriam conseguido aproveitar a água e o gás carbônico (CO2) do meio para a síntese de seu próprio alimento. Deixaram então, de depender da matéria orgânica, disponível em menor quantidade no meio. A clorofila é a molécula que dá às plantas a cor verde e o responsável pela retenção da luz solar para o processo de fotossíntese. Fonte: <https://essencialmais.com.br/clorofila-9-beneficios-secretos/>. Acesso em Agosto de 2018. 11 Esquema do processo de fotossíntese. Fonte: <https://www.clioonline.dk/naturteknologifaget/mellemtrin/emner/natur/ kredsloeb/fotosyntese/modeller-af-fotosyntesen/forklar-fotosyntesen/>. Acesso em Agosto de 2018. Assim teriam se formado os primeiros seres autótrofos (auto, próprio; trofos, alimento) e a síntese de matéria orgânica passou a ser realizada por seres vivos, o que acontece até os dias de hoje. Como utilizavam luz, esses seres autótrofos eram fotossintetizantes e passaram a liberar oxigênio, gás que ainda não existia na atmosfera terrestre. Até os dias de hoje, a manutenção dos teores de oxigênio livre no ambiente depende da atividade dos seres fotossintetizantes. Eles são fundamentais para a manutenção da vida em nosso planeta, pois são os principais responsáveis pela síntese da matéria orgânica e pela produção de oxigênio livre que é liberado para o meio. Uma vez que o gás oxigênio passou a fazer parte do ambiente primitivo, aqueles organismos que por mutação teriam passado a apresentar condições de aproveitar o oxigênio em seu metabolismo teriam sido positivamente selecionados e passaram a aumentar em número. Surgiu, assim, o processo de respiração aeróbia. Esse processo é realizado tanto por seres fotossintetizantes quanto pela maioria dos heterótrofos. Esses últimos dependiam, e até hoje dependem, da matéria orgânica formada pelos seres autótrofos para sua alimentação. De acordo com a hipótese que acabamos de estudar, os primeiros seres vivos que se formaram na Terra eram heterótrofos e, por isso, ela é conhecida como hipótese heterotrófi ca. A sequência em que provavelmente surgiram os processos de obtenção de energia nos seres vivos de acordo com a hipótese heterotrófi ca é: fermentação, fotossíntese e respiração aeróbia. 12 Todos os seres vivos possuem moléculas e elementos que são essenciais para a sua composição e para o seu metabolismo. É uma grande variedade de substâncias orgânicas que se caracterizam basicamente pela associação de carbono como, por exemplo, proteínas, carboidratos (como a glicose), lipídios e ácidos nucléicos; e substâncias inorgânicas sem associação do carbono como, por exemplo, água e sais minerais, que fazem parte dessa composição. Aqui conheceremos um pouco dessas substâncias. Substâncias orgânicas: Proteínas: as proteínas são formadas por unidades chamadas de aminoácidos e sua presença é indispensável para o metabolismo do organismo. As proteínas formam as enzimas. As proteínas podem ter diferentes formas de acordo com a sua função: formação das proteínas estruturais: queratina (pelos e unhas), colágenos (tendões e ligamentos); proteínas de defesa: anticorpos, proteínas transportadoras: hemoglobina do sangue (transporte de oxigênio e gás carbônico); produção de hormônios: insulina e glucagon, hormônios relacionados com a manutenção de taxa adequada de glicose no sangue e enzimas: proteínas que aceleram reações químicas das células e do organismo. Carboidratos: também chamados de glicídios ou hidratos de carbono. Função: principal fonte de energia para as células. Exemplos: monossacarídeos: glicose, frutose (açúcar das frutas); dissacarídeos: lactose, maltose, sacarose (açúcar da cana); polissacarídeos: celulose, amido (reserva das plantas), glicogênio (reserva dos animais). Composição química das células Frutose. Fonte: <https://tudoela.com/frutose/>. Acesso em Agosto de 2018 13 Urso polar. Fonte: <https://www. saberatualizado. com.br/2016/12/o- -pelo-do-urso-po- lar-nao-e-bran- co-e-sim.html>. Acesso em Agosto de 2018 O consumo excessivo de carboidratos está relacionado ao aumento das reservas de gordura no organismo. Quando a glicose não é utilizada imediatamente para produção de energia, é transformada em glicogênio, a partir de então, a glicose extra passa a ser convertida em gordura pelo fígado e pelo tecido adiposo. Lipídios: são insolúveis em água. Principal função: reserva de energia, servem como isolante térmico (camada gordurosa dos ursos polares). Exemplos: óleos e gorduras são importantes substâncias de reserva de energia e ceras são comuns em certas plantas e ficam depositadas sobre as folhas, atuando como revestimento que impede a perda de água e os esteroides: o mais conhecido é o colesterol, presente na membrana de células animais, e é utilizado pelo organismo humano na produção dos hormônios sexuais. Ácidos Nucleicos: são responsáveis por armazenar nossas informações genéticas, estão relacionados com a transmissão de características hereditárias além de comandar e controlar todas as atividades das células. Sãodois os tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). Na célula eucariótica moléculas de DNA são encontradas principalmente no núcleo onde fazem parte dos cromossomos; o RNA é encontrado tanto no núcleo quanto no citoplasma onde participa de diversas funções, principalmente da síntese de proteínas. Vitaminas: são substâncias orgânicas essenciais para o funcionamento das células. Elas são necessárias em pequenas quantidades diárias para o organismo, sua falta pode causar doenças. Entre as vitaminas necessárias ao 14 ser humano, existem as hidrossolúveis (complexo B e C) e as lipossolúveis (A, D, E e K). As lipossolúveis associam-se a certos ácidos graxos no intestino e nessa forma são absorvidas e chegam à circulação. A deficiência na ingestão de certos lipídios pode trazer consequências para a absorção dessas vitaminas. Dietas deficientes em vitaminas estão relacionadas a sintomas característicos: são as avitaminoses. O excesso no consumo de vitaminas também pode ser prejudicial à saúde. Substâncias inorgânicas: Água: substância encontrada em maior quantidade nos seres vivos. Uma pessoa adulta, por exemplo, apresenta cerca de 60% de sua massa total de água. A água atua como um “solvente universal”, muitos compostos químicos que estão dentro da célula encontram-se dissolvidos em água, e todas as reações celulares ocorrem em meio aquoso. A água é fundamental para a vida. Sais minerais: os sais minerais geralmente são encontrados dissolvidos na água, formando íons. Diversos íons participam de funções da célula e, embora sejam necessários em pequenas quantidades, são essenciais para o metabolismo. Os animais obtêm sais minerais pela alimentação. A deficiência ou excesso no seu consumo pode causar distúrbios no metabolismo. Exemplos de sais minerais: Ferro, Cálcio, Sódio, Fósforo, etc. Alimentos ricos em sais minerais. Fonte: <http://revistapilates. com.br/2017/08/18/sais-minerais/>. Acesso em Agosto de 2018 A água apresenta 60% da massa do corpo. Fonte: <ht- tps://alunosonline.uol.com.br/biologia/importancia-agua -para-organismo.html>. Acesso em Agosto de 2018 15 1) Sobre as teorias da origem da vida, alguns cientistas e pensadores divergiam quanto à sua origem. Descreva em poucas palavras qual a diferença entre a Abiogênese e Biogênese. 2) Alguns pesquisadores tentaram refutar a teoria de que a vida surgia a partir da matéria bruta. Para isso, um deles colocou carne no interior de vidros de boca larga e cobriu alguns com gaze e deixou outros abertos. Nos abertos, apareceram larvas de moscas; mas nos vidros tampados com gaze nenhuma larva surgiu. Entre as alternativas a seguir, marque o nome do pesquisador que realizou essa experiência. a) Redi. b) Spallanzani. c) Pasteur. d) Aristóteles. e) Isaac Newton. 3) A teoria de que os organismos surgiram a partir de matéria bruta perdurou por vários anos. Uma das experiências que contribuíram para que essa hipótese fosse refutada foi a de Louis Pasteur. Entre as alternativas a seguir, marque a que melhor descreve o experimento desse pesquisador. a) Pasteur utilizou frascos de boca larga, os quais tampou com gaze para impedir a entrada de qualquer organismo. b) Pasteur preparou caldos nutritivos em tubos de ensaio e tampou-os com rolhas, impedindo a entrada de micro-organismos. c) Pasteur preparou caldos nutritivos, ferveu a solução e acondicionou-a em frascos de boca larga, os quais foram cobertos por gaze. d) Pasteur colocou caldos nutritivos em frascos de vidro, curvou os gargalos de modo que organismos vivos não conseguissem passar e ferveu o caldo. e) Pasteur construiu um aparelho e reuniu os gases presentes na atmosfera primitiva em laboratório. 4) (UCPel) O aglomerado de moléculas orgânicas, revestido por uma película de moléculas de água e que, na opinião de alguns cientistas, pode ser um dos primeiros passos rumo à origem da vida, chama-se: aprimorando o conhecimento 16 a) Aminoácido. b) Enzima. c) Micro-organismo. d) Coacervado. e) Proteína. 5) Algumas substâncias orgânicas desenvolvem papéis fundamentais em nosso organismo. As vitaminas, carboidratos e lipídios estão ligados respectivamente à: a) Prevenção de doenças, construção e fonte de energia. b) Prevenção de doenças, fonte de energia e reserva de energia. c) Construção, fonte de energia e prevenção de doenças. d) Construção, prevenção de doenças e fonte de energia. e) Fonte de energia, prevenção de doenças e construção. AMABIS, José Mariano; MARTHO, Gilberto Rodrigues. Biologia. São Paulo: Moderna, 2004. LOPES, Sônia; ROSSO, Sérgio. Bio. 1. ed. São Paulo: Saraiva, 2004. MORAES, Paula Louredo. “Composição química da célula”; Brasil Escola. Disponível em <https://brasilescola.uol.com.br/biologia/ quimica-celula.htm>. Acesso em Agosto de 2018. REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO 17 SÓBIOLOGIA. “O experimento de Oparin Miller”. Disponível em: <https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Evolucao/evolucao5. php.> Acesso em Agosto de 2018. SÓBIOLOGIA. Os experimentos de Pasteur. Disponível em: <https:// www.sobiologia.com.br/conteudos/Evolucao/evolucao3.php>. Acesso em Agosto de 2018. SÓBIOLOGIA. Geração espontânea ou abiogênese. Disponível em: <https://www.sobiologia.com.br/conteudos/Evolucao/evolucao2. php>. Acesso em Agosto de 2018. ANOTEANOTE
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