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SUMÁRIO EVOLUÇÃO....................................................................................................................... 02 LAMARCKISMO................................................................................................................. 02 DARWINISMO................................................................................................................... 03 Neodarwinismo.................................................................................................................. 06 CONCEITOS IMPORTANTES NA EVOLUÇÃO................................................................ 06 Tipos de Seleção Natural................................................................................................... 06 EVIDÊNCIAS DO PROCESSO EVOLUTIVO.................................................................... 08 VARIABILIDADE GENÉTICA E GENÉTICA DAS POPULAÇÕES.................................... 09 Especiação......................................................................................................................... 11 Evolução EVOLUÇÃO A evolução é a área da Biologia que explica como os seres vivos surgiram e suas relações de parentesco. Assim como mecanismos que resultam no aparecimento de novas espécies. Nas próximas páginas vamos explorar estes conceitos para que você entenda os mecanismos evolutivos e reconheça as teorias e os estudiosos que criaram as teorias. LAMARCKISMO Jean Baptiste Antoine de Monet, também conhecido como Jean Baptiste de Lamarck dedicou a sua vida a estudar os seres vivos. Preocupava-se em observá-los e descrevê-los, era um naturalista. Antes de Darwin, Lamarck, com base nas suas observações, criou uma teoria sobre a evolução das espécies. Que inclusive foi utilizada como referência para Darwin na criação da sua teoria. Lamarck publicou seus estudos no livro Philosophie Zoologique, em tradução livre para o português é Filosofia Zoológica. Nos seus estudos e análises defendia que os seres vivos eram capazes de mudar com o passar do tempo. E por isso a diversidade de espécies é grande. A teoria de Lamarck refuta o fixismo, de que as espécies não mudam, e baseia-se em duas regras principais: • Lei do uso e desuso: as estruturas do corpo que mais são utilizadas ficam maiores e mais fortes com o passar do tempo, enquanto que as que são pouco utilizadas acabam atrofiando. Este processo é influenciado pelo ambiente, se o ambiente muda, os organismos também mudam; 2 • Lei da herança dos caracteres adquiridos: as características que um organismo desenvolve ao longo da sua vida, são transmitidas para seus filhos; Vamos pensar nas girafas. Todas as girafas tinham pescoço curto e se alimentavam de árvores mais baixas. Mas com o passar do tempo, a disponibilidade de alimento mudou. E as folhas estavam nas árvores mais altas. Com isso as girafas precisavam esticar o seu pescoço para alcançar o alimento, o pescoço foi crescendo e essa característica foi passada para os filhos da próxima geração. Lamarck foi um dos primeiros a falar sobre a evolução dos seres vivos e com isso recebeu muitas críticas dos fixistas. Que eram as pessoas que defendiam que as espécies não mudavam com o passar do tempo. O naturalista falou sobre a herança dos caracteres adquiridos, mas a genética ainda era desconhecida. Portanto não se falava em genes e sua transmissão. Lamarck também era um defensor da geração espontânea. Defendia que os organismos surgem de matéria morta. DARWINISMO Charles Darwin teve uma grande oportunidade na sua vida, em 1831 pode embarcar no navio H.M.S Beagle e dar a volta ao mundo. Durante o tempo que passou embarcado, pode observar muitas espécies e com isso ter insumos para elaborar a sua teoria sobre o processo evolutivo. 3 Girafas e o alongamento do pescoço Durante os 5 anos de viagem, passou por muitos países, observou a natureza, anotou informações. Fez ilustrações dos seres vivos e coletou material biológico. Darwin, com as suas observações, criou o conceito de seleção natural. Para o pesquisador, todas as espécies apresentam um ancestral comum, que passou por várias modificações. E as novas espécies que surgem continuam mudando, ou seja, o processo evolutivo não para. Assim como Lamarck, Darwin refuta a o pensamento fixista para explicar a existência das espécies. A lógica darwiniana pode ser explicada por três pontos principais: 4 • Nas populações, os organismos são diferentes entre si; • O ambiente limita o crescimento das populações: espaço, alimento e outros recursos são finitos; • A natureza seleciona os organismos que têm maiores chances de sobrevivência, o que é a seleção natural. Darwin defendia, portanto, que a seleção natural é a base da evolução. Os seres vivos que têm características que facilitam a sobrevivência são selecionados pelo ambiente e sobrevivem, têm chances mais altas de reproduzir e gerar descendentes. Charles Darwin explicava a situação das girafas de outra maneira. As que nasciam com o pescoço mais curto não conseguiam se alimentar e acabavam morrendo. Enquanto que as que têm o pescoço mais longo conseguem se alimentar e reproduzir, gerando descendentes com pescoços longos. O naturalista defendia que a evolução acontece Charles Darwin nas populações e não no organismo. É importante ressaltar que o ambiente apenas seleciona, ele não influencia nas características que surgem nos seres vivos. Darwin não conhecia a genética, por isso não falava sobre genes e mutações. Durante a sua viagem, Charles Darwin passou pelas ilhas Galápagos e estudou os tentilhões. Pode identificar 14 espécies que originaram-se a partir de uma única espécie. As aves tinham acesso a diferentes recursos alimentares em cada ilha. Desta maneira, sobreviviam em uma ilha aquelas que tinham o bico mais adequado para conseguir alimento. A evolução nada mais é que um processo de descendência com mudanças, novidades evolutivas. As mudanças são aleatórias, ou seja, não há um objetivo ou intencionalidade. Outro ponto importante, é que a evolução nem sempre resulta em estruturas ou processos biológicos mais complexos. E sim aquilo que facilita a sobrevivência. Darwin não foi o único que pensou sobre a evolução das espécies dessa forma, Alfred Russel Wallace também estudava os mecanismos de evolução dos organismos. 5 Tentilhões e diferentes bicos Girafas de pescoço curto não conseguem se alimentar Neodarwinismo Esta é a teoria sintética da evolução. O neodarwinismo une os conhecimentos de Darwin com os conhecimentos de genética que surgiram 30 anos depois com os trabalhos de Mendel. Esta teoria reconhece que a mutação é fonte de variabilidade genética, assim como os processos de recombinação genética. E que estas novidades são selecionadas pelo ambiente, e isto é o que resulta na adaptação das espécies. A mutação é a mudança no código genético, na sequência das bases nitrogenadas do DNA. Este processo resulta no aparecimento de diferentes alelos dos genes. É um processo espontâneo ou que pode ser induzido por fatores externos, como a exposição à radiação. A recombinação é a mistura de genes que acontece na reprodução sexuada. Volte para a apostila de citogenética e genética para relembrar o processo de divisão celular, segregação independente dos cromossomos e o crossing-over. CONCEITOS IMPORTANTES NA EVOLUÇÃO Tipos de Seleção Natural O processo de seleção natural não acontece de uma única maneira. Pode ser de três tipos: • Direcional: é selecionado um dos fenótipos extremos; • Disruptiva: são selecionados todos os fenótipos extremos, reduzindo a frequência do fenótipo intermediário; • Estabilizadora: o fenótipo intermediário é selecionado; 6 Outro exemplo desta situação é o surgimento dos cães. Tudo começou com o lobo ancestral. Os humanos mantinham aqueles que tinham um comportamento mais dócil,mas que ainda assim pudessem ajudar na sua proteção. Dessa maneira, com o passar dos anos surgiu a diversidade de cães que hoje é conhecida. 7 Seleção Sexual É um caso especial de seleção natural. Nela o indivíduo do sexo oposto escolhe o seu parceiro, geralmente é a fêmea que faz a escolha. Que acontece de acordo com características associadas a ideia de um parceiro saudável. Os pavões machos têm penas grandes, vistosas e coloridas. Enquanto que as fêmeas têm penas mais simples e acinzentadas. As fêmeas escolhem o macho com penas mais bonitas para reprodução. Seleção Artificial Nos seus estudos sobre seleção natural, Darwin pensou sobre a seleção artificial. Um processo de seleção que é influenciado pela ação humana. O ser humano quando começou a cultivar plantas, escolheu as espécies que podiam ser fonte de nutrientes. E como isso plantou aquelas que produziam uma quantidade maior de frutos, por exemplo. Seleção artificial e surgimento do cão doméstico • Órgãos análogos: a origem embrionária é diferente, mas as funções são parecidas, como por exemplo as asas de insetos e as asas de morcegos. A evolução convergente acontece entre organismos que não têm relação evolutiva próxima, mas foram estruturas com funções similares. É o que acontece entre as borboletas e morcegos, que têm asas para voar. A evolução divergente acontece em espécies que são evolutivamente próximas, e que têm estruturas com origem embrionária similares, mas com funções diferentes. Ou seja, resulta no aparecimento dos órgãos homólogos. Como a pata do cão, a mão do humano e a nadadeira da baleia. 8 EVIDÊNCIAS DO PROCESSO EVOLUTIVO Hoje não é possível duvidar da evolução, ela é cientificamente comprovada. E existem algumas evidências que ela acontece. Registros fósseis Diversos fósseis já foram encontrados na Terra, a paleontologia estuda os fósseis. E com isso é possível descobrir o processo evolutivo dos organismos. Anatomia comparada Comparar anatomicamente os organismos é uma maneira de encontrar evidências do processo evolutivo. É possível identificar órgão homólogos e análogos. Veja a diferença entre eles: • Órgãos homólogos: têm origem embriológica comum ou semelhante, mas não necessariamente têm a mesma função. É o que acontece com a asa do morcego e a nadadeira dos golfinhos. Órgãos vestigiais também são evidências do processo evolutivo. Na espécie humana o apêndice é um exemplo disto. A estrutura era importante para os ancestrais herbívoros, mas hoje não é uma estrutura essencial. Além das evidências anatômicas da evolução, há também os processos bioquímicos. Todos os seres vivos produzem proteínas usando os mesmos 20 aminoácidos, portanto há moléculas similares entre todos os organismos. Assim como as reações metabólicas que acontecem. VARIABILIDADE GENÉTICA E GENÉTICA DAS POPULAÇÕES A variabilidade genética tem origem nos processos de mutação que acontecem no material genético. Pode acontecer por recombinação gênica, crossing over ou trocas de bases nitrogenadas. A genética das populações é uma área da biologia que estuda a dinâmica dos genes em uma população. Para isso são usados modelos matemáticos. É comum que as principais provas para acesso às universidades, tenham questões sobre genética das populações. Para se dar bem na resolução desses exercícios, comece aprendendo os seguintes conceitos e ideias: Frequência Alélica É a proporção de ocorrência de um alelo em uma população específica. Para calcular as frequências alélicas usa-se a seguinte fórmula: 9 Órgãos homólogos p+1= 1 A letra "p" representa a frequência alélica de "A". E "q" representa a frequência alélica de "a". A soma das duas frequências corresponde a 100%. Equilíbrio de Hardy-Weinberg De acordo com o Equilíbrio de Hardy-Weinberg, se um fator evolutivo não estiver atuando, as frequências dos alelos em uma população tendem a permanecer constantes aos longo das próximas gerações. Para que esta situação hipotética seja possível, as populações devem: • Ser grandes o suficiente e apresentar o mesmo número de machos e fêmeas; • Devem ser panmíticas: os cruzamentos devem ser aleatórios; • Os cruzamentos devem gerar o mesmo número de descendentes; • Não há processos migratórios; • Não há mutações e seleção natural; • As gerações não se sobrepõem. Conhecendo as frequências alélicas, é possível calcular a frequência genotípica dos diversos genótipos da população para um gene. Para isso usa-se a fórmula a seguir: p²+2pq+q² = 1 Na fórmula: p² = AA pq = Aa q² = aa. Deriva genética É um fenômeno que gera a alteração da frequência alélica. Alelos raros podem aumentar de frequência ou desaparecer ao acaso. É um evento que não pode ser previsto. 10 A deriva genética é do tipo efeito gargalo quando uma população é reduzida a poucos organismos, após um desastre ambiental, por exemplo. Os sobreviventes têm um grupo de alelos que representa a menor parte da população. É um evento aleatório e que não depende da seleção natural. A nova população formada é diferente da original. Pode ser também do tipo efeito fundador. Este acontece quando uma parte da população passa a habitar um novo local após movimentos migratórios. Os organismos que migram apresentam apenas um tipo de alelo, e a nova população é diferente da original. Especiação Uma espécie é composta por indivíduos que são capazes de se reproduzir entre si e gerar uma descendência fértil. Este é o principal conceito adotado, mas existem alguns outros e que geram discussões no mundo científico. Mas você precisa se preocupar apenas em saber o conceito principal apresentado. O isolamento reprodutivo contribui para que duas populações, com o passar do tempo, terminem por dar origem a duas espécies diferentes. O isolamento reprodutivo pode ser de dois tipos: • Pré-zigóticos: quando não é possível formar um zigoto por que os gametas são incompatíveis entre si. A incompatibilidade também pode ser por que os organismos vivem 11 Deriva genética em locais diferentes, comportam- se de forma muito ou por isolamento mecânico (as estruturas reprodutivas não são compatíveis); • Pós-zigóticos: quando a fecundação acontece, mas o organismo formado é infértil, incapaz de se reproduzir. É o que acontece com a mula, formada do cruzamento entre o cavalo e o jumento. Os processos de especiação podem levar muitos anos para se concretizarem. E podem ser de dois tipos, que vamos entender a seguir. Especiação alopátrica Acontece quando uma barreira física ou ecológica impossibilita o contato e troca entre os organismos de diferentes populações. Como exemplos de barreiras físicas temos as montanhas, lagos, rios e outros. Como por exemplo o istmo do Panamá. A barreira física evita a troca de genes entre as populações. E assim as diferenças acumulam-se ao longo do tempo. Até o momento em que duas novas espécies são formadas pelas diferentes pressões seletivas que sofrem. Especiação simpátrica É quando a especiação acontece sem a necessidade de isolamento geográfico. Surgem barreiras reprodutivas em uma população. Como por exemplo, quando organismos passam a preferir viver em um local diferente dos demais da população. E neste microambiente podem se isolar reprodutivamente por muito tempo, formando uma nova espécie. 12