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UAB – UNIVERSIDADE ABERTA DO BRASIL FUESPI – FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PIAUÍ NEAD – NÚCLEO DE EDUCAÇÃO A DISTÂNCIA ESPECIALIZAÇÃO EM BIODIVERSIDADE E CONSERVAÇÃO EVOLUÇÃO: UMA INTRODUÇÃO Prof. Francisco Soares Santos Filho FUESPI 2015 Presidente da República Dilma Vana Rousseff Vice-presidente da República Michel Miguel Elias Temer Lulia Ministro da Educação Renato Janine Ribeiro Diretor de Educação a Distância CAPES/MEC Jean Marc Georges Mutzig Governador do Piauí José Wellington Barroso de Araújo Dias Secretária Estadual de Educação e Cultura do Piauí Rejane Ribeiro Sousa Dias Reitor da FUESPI – Fundação Universidade Estadual do Piauí Nouga Cardoso Batista Vice-reitora da FUESPI Bárbara Olímpia Ramos de Melo Pró-reitora de Ensino e Graduação – PREG Ailma do Nascimento Silva Coordenadora da UAB-FUESPI Margareth Torres de Alencar Costa Coordenadora Adjunta da UAB-FUESPI Naira Lopes Moura Pró-reitor de Pesquisa e Pós-graduação – PROP Geraldo Eduardo da Luz Junior Pró-reitor de Extensão, Assuntos Estudantis e Comunitários – PREX Luís Gonzaga Medeiros Figueredo Júnior Pró-reitor de Administração e Recursos Humanos – PRAD Raimundo Isídio de Sousa Pró-reitor de Planejamento e Finanças – PROPLAN Benedito Ribeiro da Graça Neto Coordenadora do curso de Especialização em Biodiversidade e Conservação Simone Mousinho Freire Edição UAB - FNDE - CAPES FUESPI/NEAD Diretora do NEAD Margareth Torres de Alencar Costa Diretora Adjunta Ailma do Nascimento Silva Coordenadora do Curso de Especializa- ção em Biodiversidade e Conservação Simone Mousinho Freire Coordenador de Tutoria Francisco Marques de Oliveira Neto Coordenadora de Produção de Material Didático Maria do Socorro Rios Magalhães Autor do Livro Francisco Soares Santos Filho Revisão Antonio Gomes da Silva Neto Raimundo Isídio de Sousa Diagramação José Luís Silva Capa Pedro Leonardo de Sousa Magalhães MATERIAL PARA FINS EDUCACIONAIS DISTRIBUIÇÃO GRATUITA AOS CURSISTAS UAB/FUESPI SUMÁRIO Unidade I –Fundamentos da Evolução ..................................................09 1. Origem da vida ......................................................................................11 2. Histórico da Evolução ............................................................................22 A evolução dos seres vivos como problema científico .............................22 2.2. Os Criacionistas .................................................................................35 2.2.1. Categoria de Criacionistas ..............................................................36 2.3. As primeiras hipóteses sobre a evolução dos seres vivos .................37 2.4. A diversidade biológica .......................................................................38 2.4.1. Darwin e Wallace .............................................................................39 3. Evidências da evolução .........................................................................42 3.1. Um pouco de história..........................................................................42 3.2. Evidências paleontológicas ................................................................43 3.2.1. Registro fóssil ..................................................................................44 3.2.2. O problema dos fósseis ...................................................................48 3.2.3. A variedade dos fósseis ...................................................................49 3.2.4. Como são preservados os fósseis? ................................................51 3.2.5. Reconstruindo o passado ................................................................54 3.3. Evidências morfológicas .....................................................................56 3.4. Evidências embriológicas ...................................................................58 Unidade II – Evolução em Teorias ..........................................................67 1. As teorias da Evolução ..........................................................................69 1.1. Lamarckismo ......................................................................................70 1.2. Explicando a variedade – o Darwinismo ............................................74 1.2.1. A seleção natural, segundo Darwin e Wallace ................................76 1.3. Teoria Sintética da Evolução ..............................................................97 1.3.1. Um pouco de história: mutacionistas versus selecionistas .............97 1.3.2. A síntese evolutiva .........................................................................101 1.3.3.Premissas da teoria sintética..........................................................101 1.3.4. O polimorfismo genético ................................................................103 1.3.5.Os questionamentos à Teoria Sintética da Evolução .....................103 1.3.6. Teoria do Equilíbrio Pontuado .......................................................104 1.3.6.1. Inconsistências da Teoria do Equilíbrio Pontuado ........................01 1.3.7. Ajustes na Teoria Sintética ou Neodarwinismo ..............................106 1.3.8. Fatores que sustentam a Teoria Sintética da Evolução ................110 1.3.8.1. Mutações ....................................................................................110 1.3.8.2. Recombinação gênica ................................................................112 1.3.8.3. Seleção natural...........................................................................112 1.3.8.4. Migrações ...................................................................................112 1.3.8.5. Oscilação ou Deriva genética .....................................................113 Unidade III – Adaptação e especiação .................................................140 1. Adaptação ...........................................................................................143 1.1. Mecanismos para explicar a adaptação ...........................................144 1.2. Avanços na Evolução desde Darwin ................................................147 2. Genética de populações ......................................................................148 2.1. Variação entre populações ...............................................................150 2.2. As populações e o Equilíbrio de Hardy-Weimberg ...........................150 3. Especiação ..........................................................................................153 3.1. Introdução.........................................................................................153 3.2. Grupos de vida .................................................................................154 3.3. Relógios moleculares e evolução .....................................................155 3.4. Especiação e o conceito de espécie ................................................156 3.5. Outras definições de espécie ...........................................................157 3.6. Tipos de especiação .........................................................................158 3.7. Mecanismos evolutivos de especiação ............................................159 UNIDADE IV – Evolução e diversidade ................................................177 1. Filogenia ..............................................................................................179 1.1. Revelando a história da vida ............................................................179 1.2. O que é filogenia ..............................................................................180 1.3. Tipos de árvores filogenéticas ..........................................................180 1.4. Tipos de dados .................................................................................181 1.5. Cladística ..........................................................................................181FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 7 1.6. Formas e agrupamentos taxonômicos: grupos monofiléticos e merofiléticos ............................................................................................182 1.7. A teoria e a racionalidade da construção de árvores .......................186 1.8. Métodos de parcimônia ....................................................................187 1.9. Métodos de distância........................................................................187 1.9.1. Análise de Cluster..........................................................................187 1.9.2. Neighbor-joining ............................................................................187 1.9.3. Métodos de otimização..................................................................188 1.10. Métodos de probabilidade máxima.................................................188 1.11. Encontrando e avaliando árvores ...................................................188 1.12. Avaliando cladogramas: árvores de consenso estrito ....................189 1.13. Avaliando as árvores de distância e de máxima probabilidade ......189 1.14. Algumas dicas para avaliar árvores................................................189 1.15. A genealogia dos genes e a filogenia das espécies .......................190 2. Evolução dos seres vivos ....................................................................192 2.1. Origem da vida pluricelular ...............................................................192 2.2. A explosão do Cambriano.................................................................193 2.3. A evolução das plantas terrestres.....................................................195 2.4. A evolução dos animais vertebrados ................................................196 2.5. A evolução dos mamíferos ...............................................................197 3. Evolução humana ................................................................................200 3.1. Introdução.........................................................................................200 3.2. Os primatas e as origens do homem................................................201 3.3. Os ancestrais do homem desceram para o chão .............................202 3.4. Os humanos se originaram de ancestrais Australopithecus ............203 3.5. Os cérebros se tornaram estavelmente maiores..............................205 3.6. Os humanos desenvolveram a comunicação falada e a cultura ......206 3.7. A população humana cresceu rapidamente .....................................209 Referências ...........................................................................................220 FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 9 UNIDADE 1 FUNDAMENTOS DA EVOLUÇÃO OBJETIVOS • Compreender os mecanismos que permitiram o surgimento da vida no planeta Terra. • Entender o contexto histórico do processo evolutivo. • Distinguir as principais evidências do processo evolutivo. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 11 I) Fundamentos da Evolução 1) Origem da vida Uma das grandes dúvidas da humanidade consiste em entender sobre a origem da vida. Não é fácil compreender que a vida só teve como prosperar na Terra, único planeta do sistema solar a reunir condições para abrigar a vida e todas as suas variações. Na epopeia de tentar esclarecer como ocorreu o primeiro sopro de vida no planeta muitos insurgiram com suas explicações: algumas baseadas em crença, outras baseadas na química dos seres vivos, outras em uma combinação de fatores. Mas quem está com a verdade? Os criacionistas explicam que toda a chave de elaboração dos seres vivos veio de uma força divina e inteligente, capaz de gerar à sua vontade um grande número de projetos de seres vivos, ajustados cada um ao seu ambiente, no que ficou conhecido como Criacionismo. SAIBA MAIS A origem da vida na Terra é confirmada também por estudos realizados em outros corpos celestes, como planetas e satélites (“luas”) de outros planetas. Já foram enviadas várias sondas com robôs capazes de registrar o ambiente em Marte, por exemplo. Spirit, Oportunity e por último Curiositysão os nomes de algumas das sondas que coletam informações ambientais do planeta vermelho, sempre em busca de água e outros sinais que possam ter favorecido a vida naquele planeta. Na internet é possível encontrar imagens coletadas por estas sondas publicadas no site da Nasa e nos blogs de pesquisadores e outros curiosos, inclusive fazendo alusão a existência de seres vivos naquele planeta. Vale a pena conferir! Outra corrente foi liderada pelo cientista sueco SvanteArrhenius. Ele sugeriu que a vida tenha chegado na forma de extraterrestres que aqui chegaram trazidos por meteoros ou cometas que se chocaram contra a Terra trazendo elementos semeadores da vida. Foi a ideia da Panspermia cósmica. Evolução 12 A origem mais difundida na ciência aceita que a vida tenha começado a partir de uma série de reações químicas simultâneas, traçadas na aleatoriedade, das quais começaram a formar os primeiros aglomerados moleculares. Esta teoria foi proposta pelos cientistas Alexander I. Oparin e John Haldane, na qual a composição da atmosfera primitiva aliada às condições ambientais dominantes foram responsáveis pela formação das primeiras moléculas geradoras dos Coacervados. Estas organizações formaram o que antecedeu as atuais estruturas celulares, alimentando-se da incorporação de outros compostos moleculares mais simples, sempre de forma progressiva, até gerarem as primeiras formas de vida. Esta hipótese foi testada em laboratório pelo cientista Stanley Miller, em 1953. Miller reuniu os elementos previstos pela hipótese de Oparin como os típicos da atmosfera primitiva (metano, amônia, hidrogênio e vapor d’água) num sistema fechado e controlado e obteve moléculas orgânicas simplificadas. Questiona-se, entretanto, como estas formas se nutriam. Na perspectiva da complexidade do Autotrofismo, inicialmente, previu- se que as formas mais simplificadas absorviam moléculas presentes Fig. 1 – Stanley Miller e seu experimento.(Fonte: ucsdnews.ucsd.edu) FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 13 no meio, incorporando-as e usando a energia armazenada em suas ligações químicas, para seu consumo próprio. Entretanto, a descoberta da existência de bactérias quimioautotróficas no fundo dos oceanos sugere que a vida possa ter iniciado seu processo de nutrição por mecanismos quimiossintetizantes bem simplificados. ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM 01) Alguns grupos de animais tiveram maior proliferação em certas épocas ao longo do tempo em que se deu a Evolução do planeta Terra. O domínio dos dinossauros ocorreu na era a) Arqueozoica. b) Proterozoica. c) Paleozoica. d) Mesozoica. e) Cenozoica. 02) As eras geológicas que correspondem ao aparecimento de répteis gigantescos e ao soterramento de extensas florestas são, respectivamente, a: a) Cenozoica e mesozoica. b) Mesozoica e paleozoica. c) Paleozoica e proterozoica. d) Proterozoica e paleozoica. e) Paleozoica e mesozoica. 03) Os primeiros seres vivos que surgiram nos mares do remoto período pré-cambriano foram: a) Bactérias. b) Algas. c) Peixes. d) Vírus. Evolução 14 04)Organismos atuais carregam suas informações genéticas em moléculas de ácidos nucléicos — DNA e RNA — e usam essencialmente o mesmo código genético, que especifica a sequência de aminoácidos de todas as proteínas. Entretanto, sabe-se que a síntese de ácidos nucléicos ocorre somente com a participação de proteínas, e a fabricação destas depende da ação dos ácidos nucléicos. Aparentemente, não se pode ter uma dessas substâncias sem a outra. Tal questão encerra um paradoxo: como, durantea origem da vida, surgiu esse sistema interdependente de proteínas e ácidos nucléicos? Pode-se mesmo pensar que a vida não poderia ter-se originado por meios químicos. (…) No final da década de 60, Carl Woese, Francis Crick e Leslie Orgel sugeriram, independentemente, uma maneira de resolver essa situação. Eles propuseram que o RNA poderia ter aparecido primeiro e estabelecido o que é chamado “mundo do RNA”, um mundo no qual o RNA catalisaria todas as reações necessárias para que os organismos ancestrais sobrevivessem e se replicassem. Para que isso tivesse acontecido, esses autores observaram que o RNA pré-biótico deveria ter duas propriedades que não existem hoje: a capacidade de se replicar sem o auxílio de proteínas e a habilidade de catalisar cada passo da síntese protéica. ORGEL, L. “The origin of life on the earth”. In: Scientific American, out./94, p. 271-4 (c/ adapt.) Com base no texto, julgue os itens a seguir como certos ou errados. ( ) A vida não se originou a partir de compostos químicos, pois os ácidos nucléicos precisam das proteínas para se formar e vice-versa. ( ) As idéias de Woese, Crick e Orgel contrariam os experimentos de Stanley Miller, nos quais se demonstrou que os aminoácidos formaram-se a partir da atmosfera primitiva. ( ) No citado “mundo do RNA”, os organismos primitivos usariam moléculas de RNA para diminuir a energia necessária para a realização de reações químicas. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 15 ( ) Se a hipótese do RNA como primeira molécula de hereditariedade for comprovada, será correto afirmar que os retrovírus, que têm o RNA como material genético, são os organismos mais antigos do planeta. ( ) As informações contidas no texto não excluem a hipótese de meteoritos terem trazido compostos orgânicos para a Terra, os quais, encontrando condições favoráveis, deram origem à vida. 05) A vida surgiu na Terra, acidentalmente, graças a ocorrência simultânea de um conjunto de fatores. As condições existentes na superfície da Terra permitiram o aparecimento da complexidade essencial à vida. A Terra constitui um lugar especial do Universo. (LEMOS et al., p. 46-9 – texto adaptado) A singularidade da Terra como local onde a vida teve origem pressupõe: (01) a existência de uma atmosfera extremamente oxidante, permitindo as combustões geradoras de energia para a vida. (02) a abundância de compostos contendo carbono, hidrogênio e oxigênio, elementos que integram todas as moléculas orgânicas. (04) a síntese de moléculas orgânicas que levaram à formação imediata de uma célula com características primitivas. (08) a ocorrência de uma série de reações químicas que conduziram à formação de moléculas orgânicas com capacidade catalítica e replicativa. (16) a formação de uma espessa camada de ozônio, criada logo após a formação da Terra, que protegia as primeiras células das radiações ultravioletas. (32) a disponibilidade de energia luminosa, prontamente assimilada pelos protobiontes na produção de seu próprio alimento. (64) a escassez de água, constituindo o único ambiente adequado à ocorrência de sínteses por desidratação, imprescindíveis à formação de biopolímeros. Evolução 16 Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 06) Num experimento relativo à origem dos seres vivos, três frascos, A, B e C, com caldo de carne, foram fervidos e preparados conforme a figura abaixo. Após algum tempo, só se observou a existência de microorganismos no frasco A. Assinale a alternativa INCORRETA sobre esse experimento. a) Como a rolha do frasco B impede a entrada de oxigênio, não é possível o surgimento de seres vivos. b) Os microorganismos presentes no frasco A são provenientes de outros existentes no ar. c) A fervura dos frascos tem como objetivo a destruição de microorganismos presentes no caldo de carne. d) A curva existente no tubo do frasco C retém os microorganismos, impedindo que eles alcancem o caldo. e) Um experimento semelhante a esse foi idealizado por Pasteur, que conseguiu comprovar a teoria da Biogênese. 07) Em 1950, Stanley Miller colocou num sistema de tubos e balões de vidro uma mistura de metano, amônia, água e hidrogênio. Essas substâncias, ao circularem pelos tubos e balões, eram submetidas a descargas elétricas e grandes variações térmicas. Após alguns dias, ele obteve os dois gráficos abaixo: FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 17 Esse experimento permitiu que Miller demonstrasse que, na atmosfera primitiva, pela ação de raios e variações térmicas, seria possível a formação de: a) substâncias orgânicas a partir da energia elétrica dos raios. b) substâncias orgânicas a partir de moléculas simples pela ação da energia elétrica dos raios. c) substâncias simples, pois a energia das descargas elétricas se materializa. d) substâncias simples a partir de substâncias orgânicas. e) coacervados a partir de substâncias simples. 08) Leia com atenção o texto abaixo da autoria de Oparin, 1968: “Miller, no seu bem conhecido trabalho publicado em 1953, obteve dados fundamentais sobre a formação dos aminoácidos quando um mistura gasosa, simulando uma possível composição da atmosfera primária da Terra, era submetida a descargas elétricas. Miller fez saltar faísca e descargas silenciosas durante uma semana numa mistura de CH4, NH3, H2 e vapor de água em circulação constante, e encontrou na mistura: glicina, alanina, ácidos a – aminoisobutírico, b – alanina, ácidos aspártico e glutâmico, sarcosina e NCN3-alanina. Os produtos intermediários da reação foram aldeídos e HCN”. O clássico experimento de Miller veio reforçar a teoria segundo a qual a vida na Terra: a) foi criada por Deus, exatamente como está descrito no Gênese, primeiro Evolução 18 livro da Bíblia. b) surgiu pelo transporte casual para o nosso planeta de microrganismos completamente organizados provenientes de outros mundos. c) originou-se pela semeadura intencional de microrganismos por seres inteligentes de outros mundos. d) iniciou-se pela síntese de monômeros e sua posterior polimerização, seguindo-se o surgimento dos primeiros seres vivos. e) iniciou-se pela chegada à Terra de compostos orgânicos presentes em meteoritos e cometas. 09) Na figura abaixo, temos representado um aparelho projetado por Stanley Miller, no início da década de 1950. Por esse aparelho circulavam metano, amônia, vapor de água e hidrogênio e, através de energia fornecida por descarga elétrica, produtos de reações químicas como aminoácidos, carboidratos e ácidos graxos eram coletados no alçapão. Através desse experimento, Miller testou a hipótese de que, na atmosfera primitiva, pela ação de raios, a) compostos orgânicos puderam se formar a partir de moléculas simples. b) compostos inorgânicos puderam se formar a partir de moléculas orgânicas. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 19 c) compostos inorgânicos e orgânicos puderam originar os primeiros seres vivos. d) macromoléculas puderam se formar a partir de moléculas orgânicas simples. e) coacervados puderam se formar a partir de moléculas inorgânicas. 10) Em 1860, Pasteur conseguiu uma vitória para a teoria da biogênese, enfraquecendo a confiança na abiogênese, com uma experiência simples e completa. Analise o esquema dessa experiência, mostrado a seguir, e descreva sucintamente o objetivo de cada etapa como também a conclusão da experiência. 11) Sobre a origem e a evolução dos primeiros seres vivos é CORRETO afirmar que: a) a atmosfera da Terra primitiva era composta principalmente de metano, oxigênio e vapor d’água. b) os primeiros organismos eram autotróficos. c) os primeiros organismos a conquistar o ambiente terrestre foram os répteis.Evolução 20 d) os primeiros invertebrados viviam exclusivamente no mar. 12) O texto a seguir faz referência à origem da vida na Terra “O processo metabólico no qual os seres empregam energia luminosa na produção de compostos orgânicos exige um grau elevado de complexidade estrutural e funcional. Isso implica que os primeiros seres vivos possuíam um sistema enzimático bastante desenvolvido”. Marque a alternativa que associa corretamente o texto à teoria sobre a origem da vida. a) Abiogênese b) Panspermia dirigida c) Hipótese autotrófica d) Biogênese e) Associação endossimbiótica 13) Existem teorias sobre a origem da vida na Terra que relacionam a constituição química de componentes celulares dos seres vivos da atualidade com evidências geológicas. A presença de átomos de hidrogênio, oxigênio, carbono e nitrogênio nas moléculas dos seres vivos pode estar relacionada com a abundância, na atmosfera primitiva da Terra, das seguintes substâncias: a) gás nitrogênio, gás oxigênio, gás carbônico e vapor d’água. b) nitrato de potássio, mercúrio, ácido clorídrico e metano. c) cloro-flúor-carbono, nitratos, gás oxigênio e cloreto de sódio. d) vapor d’água, gás hidrogênio, gás metano e amônia. e) gás metano, ácido cianídrico, cloro-flúor-carbono e vapor d’água. 14) Nos primórdios da vida em nosso planeta, ocorreram dois fatos que se encontram intimamente relacionados. São eles a) quimiossíntese e aparecimento dos vírus. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 21 b) formação dos mares e extinção dos anaeróbios. c) fotossíntese e vida aeróbia. d) formação de argilas e origem das algas. e) coacervação e evolução dos poríferos. 15)Instrução: Responder à questão com base nos eventos relativos à origem da vida em nosso planeta. I. Aumento gradativo da concentração de O2 na atmosfera. II. Aparecimento dos organismos heterótrofos. III. Surgimento de organismos com capacidade de utilizar energia luminosa. A ordem em que esses eventos ocorreram mais aceita na atualidade está contida na alternativa a) I – II – III d) II – III – I b) I – III – II e) III – II – I c) II – I – III GABARITO: 01) D; 02) B; 03) A; 04) E-E-C-E-C; 05) 02+08=10; 06) E; 07) B; 08) D; 09) B; 10) Etapa 1: colocou solução nutritiva em frasco com acesso ao ar, com o objetivo de fornecer condições para que os microorganismos, sempre presentes nas mãos, no solo e no ar, não perdessem a vitalidade. Etapas 2 e 3: curvou o gargalo do frasco, na forma de “S” para dificultar a entrada de mais ar contaminado depois da fervura, que foi feita com o objetivo de esterilizar a solução, e ao mesmo tempo permitir que os vapores saíssem livremente pela estreita abertura superior do gargalo. Etapa 4: em seguida, deixou o frasco esfriar, e observou que o líquido em tal frasco permaneceu imutável indefinidamente. Parecia que o ar comum, entrando com força durante os primeiros momentos do resfriamento, deveria penetrar no frasco num estado de completa impureza. Isto é verdade, mas ele encontra um líquido numa temperatura ainda próxima do ponto de ebulição. A entrada do ar ocorre, então, mais vagarosamente e, quando o líquido se resfriou Evolução 22 suficientemente, a ponto de não ser mais capaz de tirar a vitalidade dos germes, a entrada de ar será lenta, de maneira a deixar nas curvas úmidas do pescoço toda a poeira e germes capazes de agir nas infusões. Etapa 5: Pasteur pôde, então provar que, apesar do líquido ter sido fervido, ele ainda possuía a capacidade de manter vida se um organismo fosse nele introduzido, com a quebra do gargalo; 11) D; 12) C; 13) D; 14) C; 15) D. Leitura complementar Quer aprender mais sobre o assunto? Que tal ler mais nos endereços abaixo? Você encontrará, numa linguagem acessível mais sobre o assunto. Experimente: De sopa a células – a Origem da Vida (http://www.ib.usp.br/evosite/ evo101/IIE2aOriginoflife.shtml) Para aprender mais Se você quiser se aprofundar mais no assunto existem leituras indispensáveis. Veja no quadro a seguir: 2. Histórico da Evolução1 2.1. A evolução dos seres vivos como um problema científico A ciência lida com a possibilidade de responder perguntas. Para que a ciência ou um cientista se preocupe com um assunto é preciso que A Origem da Vida – obra de Alexander I. Oparin. É considerado um clássico sobre o assunto. Toda a descrição da teoria de origem da vida publicada pelo pelo pesquisador russo encontra-se nesta obra ainda encontrada nos sebos e algumas livrarias do país. Ab Initio: Origem da vida e Evolução – obra do Prof. Franklin David Rumjanek, colunista da Revista Ciência Hoje e da Universidade Federal Fluminense, da área de Bioquímica. Um livro de linguagem leve, mas capaz de prender o leitor até o final, trazendo detalhes moleculares sobre o processo de formação das primeiras formas de vida que habitaram a Terra. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 23 existam dúvidas sobre ele e que existam perguntas para as quais não existam respostas satisfatórias. Quanto à origem e à diversificação dos seres vivos, até o inicio do século XVIII, havia uma explicação que satisfazia os estudiosos e, portanto, não era um problema que deveria ser investigado. A explicação de que tudo teria sido projeto e obra de um Criador onipotente era perfeita e incontestável. A teoria do Fixismo das espécies, dominante na época, propunha que as espécies teriam sido criadas com a mesma forma e estrutura atuais, e seriam imutáveis, fixas. Considerando o Fixismo das espécies como verdadeiro, Linneu (1707 – 1778) criou o código de nomenclatura, SystemaNaturae, publicado em 1735, como uma maneira de catalogar e organizar a classificação das espécies. A ele é atribuída a frase “Deus creavit, Linnaeusdisposuit” (Deus criou, Linneu organizou). Chegou-se a imaginar na época que, com certo esforço, chegaria o momento em que todas as espécies existentes no mundo teriam sido descritas e seria possível ter uma ideia de toda a obra do criador em relação à vida. Mesmo a importante viagem de Charles Darwin iniciada em 1831, a bordo do navio Beagle, coletando amostras da fauna e flora por onde passava, tinha como objetivo inicial uma catalogação. O lema da viagem do Beagle era: ad majorem Dei gloriam (para maior gloria de Deus). Apesar disso, para muitos autores Lineu é considerado um precursor do evolucionismo, tendo em vista que pela primeira vez incluiu o Homem na sua classificação, como pertencente ao Reino Animal. Em Biologia existem os fatos. Os biólogos tentam encontrar explicações para os fatos. Assim, inicialmente fazem hipóteses, as mais lógicas possíveis. Se a hipótese for confirmada, vira uma teoria. Se a teoria for sempre confirmada, vira uma lei. Quando uma teoria deixa de explicar os fatos, precisa ser revista e, eventualmente, alterada. Impossível é mudar os fatos. Em pesquisa biológica, os fatos são revelados pelos dados, tanto os coletados na natureza como os resultantes de experimentos e, quando não estão de acordo com a teoria, nunca devem ser alterados para serem ajustados a ela. A coleta ou o experimento devem ser refeitos. Nunca 1 Com base no texto de Sene (2009). se deve descartar a possibilidade de uma teoria estar errada. Foi o que aconteceu no final do século XVIII e durante o século XIX. A teoria do Fixismo das espécies começou a não explicar os fatos, fazendo com que a origem dos seres vivos passasse a ser um problema a ser investigado cientificamente. Vários eventos foram responsáveis pela deflagração dos processos de contestação e, entre eles, dois fatores devem ser destacados: Enquanto os taxonomistas trabalhavam apenas com a fauna e a flora da Europa, a distinção entre as espécies era maisfácil. Com a ampliação das coletas para a Ásia e outros continentes, começou-se a observar que os seres vivos apresentavam diferenças de uma região para outra, o que se convencionou chamar de variação geográfica. A variação tanto podia ser gradual, criando um gradiente de variações contínuas, como ser abrupta, com variação descontínua. Começou a ficar difícil estabelecer até que ponto as diferenças entre os organismos distantes geograficamente eram suficientes para que eles fossem classificados como espécies diferentes, abalando o conceito de Fixismo. Além da dificuldade para decidir os limites da espécie, com base no Fixismo, começou a ficar ainda mais difícil explicar a origem da variação geográfica. A enorme diversidade de seres vivos encontrada, a partir da ampliação da área de observação para além da Eurásia, tornou difícil a manutenção de crenças até então indiscutíveis e, além do Fixismo das espécies, também foi abalada a lenda da Arca de Noé. São muitas as histórias incríveis nas quais a humanidade já acreditou por falta de informação e de conhecimento. Era o fim da inquisição religiosa e o aparecimento de filósofos do movimento conhecido como Iluminismo, entre eles, Voltaire (1694 – 1778), Rousseau (1712-1778), Diderot (1713-1784), d`Alembert (1717-1783). Fator 1 - A ampliação territorial das coletas biológicas, possível graças à expansão das navegações. Fator 2 - O momento histórico/cultural da época. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 25 A pesquisa cientifica, como hoje é conhecida, teve início nessa época, baseada nas afirmações de que o uso leigo da razão, na pesquisa filosófica e científica, tinha como missão comum: a) promover o saber antimetafísico, fundado no sucesso de método experimental; b) banir os preconceitos e as superstições; c) fazer triunfar o espírito de tolerância; d) iluminar as consciências; e) difundir, em todos os estratos sociais, a educação e a cultura; f) reformar as instituições; g) limitar a influência das igrejas nos Estados e na educação. Daquele movimento fez parte o método científico de Descartes (René Descartes, 1596-1650) que, em síntese, diz o seguinte: a) Jamais aceitar como exata coisa alguma da qual não se conheça a evidência como tal, evitando a precipitação e só fazendo o espírito aceitar aquilo, claro e distinto, sobre o qual não pairem dúvidas; b) Dividir cada dificuldade a ser examinada em quantas partes forem possíveis e necessárias para resolvê-la; c) Pôr em ordem os pensamentos, começando pelos mais simples e mais fáceis de serem conhecidos, para atingir, aos poucos, os mais complexos; d) Fazer, para cada caso, uma enumeração tão exata e uma revisão tão ampla e geral para se ter a certeza de que não se tenha esquecido ou omitido algo. A partir do final do século XVIII, naquele ambiente cultural, a discussão sobre a origem das espécies e ou origem da diversidade biológica intensificou-se no meio científico. Evolução 26 ATIVIDADES 16)Julgue as afirmativas como verdadeiras ou falsas: “Quando se fala em Origem e Evolução dos Seres Vivos, os cientistas, tanto os atuais como os antigos, sentem uma curiosidade imediata em apresentar teorias sem deixar dúvidas”. A figura abaixo representa a situação existente na Terra alguns bilhões de anos atrás. ( ) A teoria de Oparin ou teoria naturalista diz-nos que o surgimento dos primeiros seres vivos deu-se pela combinação química e física dos fatores exemplificados nas figuras. ( ) Os primeiros seres a surgir na Terra eram seres heterotróficos de respiração anaeróbica. Consideramos seres heterotróficos aqueles com capacidade de produzir diferentes tipos de alimentos e respiração anaeróbica por causa da ausência de oxigênio na atmosfera primitiva. ( ) As primeiras células a serem formadas eram células primitivas, ou seja, tanto o tamanho quanto o seu funcionamento eram bastante limitados, contendo poucas organelas. Desta forma, as primeiras células a surgirem eram eucarióticas. ( ) Como não havia muita organização nas primeiras células, eram encontrados, com frequência, grupos de células unidas entre si, formando colônias. ( ) Com a evolução e o surgimento de novos seres vivos, identificou-se a necessidade de sua classificação. A divisão foi realizada em reinos: Monera FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 27 (representado pelas bactérias e cianobactérias); Protista (protozoários); Fungi(fungos); Metaphyta(todos os vegetais) e Metazoa(todos os animais). ( ) Os Vírus não possuem reino definido, por não serem considerados seres vivos, em razão da completa ausência de metabolismo, replicação e estrutura celular. 17) Considere os princípios biológicos que sustentam a existência dos seres vivos na Terra e a possibilidade, no futuro, de uma sonda espacial vir a transmitir dados de outro planeta, indicando a presença de sais minerais, água, gás carbônico, uréia e oxigênio. Qual das argumentações relacionadas abaixo poderia ser biologicamente interpretada como a mais coerente com a suposição de existência de vida nesse outro planeta? a) A presença de oxigênio é uma prova irrefutável, porque todo ser vivo depende dele para respiração. b) A água, simplesmente pela sua presença, já é uma prova da existência de vida. c) Embora possa ser produzida artificialmente, a uréia é uma boa pista, considerando a sua natureza orgânica. d) Os sais minerais comprovam a presença de vida, pois os fósseis encontrados na Terra são constituídos de carbonatos e fosfatos. e) A detecção de gás carbônico revela a presença de reações fotossintéticas, e consequentemente a presença de plantas. 18)Em quase todos os seres vivos, as enzimas que participam da glicólise são muito semelhantes quanto à sequência de aminoácidos e quanto à estrutura espacial. Isto constitui uma evidência de que todos os seres vivos se originam de: a) múltiplos ancestrais. b) um ancestral comum eucarioto. c) Um ancestral eucarioto d) Um ancestral comum. e) Múltiplos ancestrais eucariotos. Evolução 28 19)Supõe-se que na atmosfera primitiva da Terra não havia oxigênio, nem mesmo dissolvido na água dosmares. Consequentemente, os processos metabólicos dos primeiros seres vivos deveriam ser muito simples.Eles utilizavam como fonte de energia e matéria-prima o alimento já pronto e em abundância aoseu redor. Posteriormente, com as mudanças nas condições ambientais, surgiram seres capazes de utilizara energia luminosa, o CO2 e a água, para fabricar seus alimentos, liberando oxigênio no ar. A partirdaí, foram criadas as condições para o surgimento de seres que utilizavam esse gás para degradar os alimentos. O texto está se referindo à: a) teoria da biogênese. b) hipótese autotrófica. c) teoria da panspermia. d) hipótese heterotrófica. e) teoria da geração espontânea. 20) Sobre a origem da vida, uma das maiores dúvidas referia-se à produção do alimento utilizado pelos primeiros seres vivos. Duas hipóteses tentam explicar como eles conseguiam obter e degradar o alimento para sua sobrevivência. Sobre essas hipóteses, é correto afirmar. a) Um processo importante para a hipótese autotrófica foi o aparecimento da fotossíntese, realizado por algas e plantas, que sintetizam seu próprio alimento a partir do O2 e H2O. b) A via metabólica mais simples para degradar alimento sem O2 é a fermentação. c) Por meio da respiração, o alimento é degradado em O2 e H2O. d) São autotróficos alguns tipos de bactérias, algumas algas e todas as plantas atuais. e) São heterotróficos alguns fungos, todas as bactérias, os protozoários e os animais. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 29 21) Nas condições da atmosfera primitiva, faça uma simulação do experimento históricoe típico de Stanley Lloyd Miller (1930), que teria reproduzido o surgimento das moléculas orgânicas essenciais à vida. Use o desenho esquemático abaixo para responder às indagações: I. Quais os gases que simulavam a mistura submetida às descargas elétricas (3), no experimento de Miller? Coloque-os no compartimento 1. II. Qual a substância que foi colocada no compartimento 2, para aquecimento (4)? III. Quais as prováveis moléculas orgânicas simples que poderiam ter representantes retidos no espaço 5? Marque a alternativa que contém somente dados corretos, seguindo a sequência das indagações. a) I – COO2, CHO4, NH2, H2; II – H2O2; III - Amido, nucleotídeos, glicogênio e polipeptídios. b) I – CO2, CH3, NH2, H3; II – H2O2; III - Amônia, proteínas, ácidos nucléicos e vitaminas. c) I – COO2, CH4, NH2, H2; II – H2O; III - Coacervados, proteínas, ácidos nucléicos e polipeptídios. d) I – CO2, CH3, NH2, H2; II – H2O; III- Sacarose, coacervados, aminoácidos e proteínas. e) I – CH4, H2, NH3; II – H2O; III - Glicina, alanina, sarcosina, purinas e pirimidinas. 22) Leia o texto a seguir da autoria de Oparin, 1968. “Miller, no seu bem conhecido trabalho publicado em 1953, obteve dados fundamentais sobre a formação dos aminoácidos quando uma mistura gasosa, simulando a possível composição da atmosfera primitiva da Terra, era submetida a descargas elétricas. Miller fez saltar faísca e descargas silenciosas durante uma semana numa mistura de CH4, NH4, H3 e vapor de água em circulação constante, e encontrou na mistura: glicina, alanina, Evolução 30 ácidos α–aminobutírico e α–aminoisobutírico, β–alanina, ácidos aspártico e glutâmico, sarcosina e NCN3-alanina. Os produtos intermediários da reação foram aldeídos e HCN”. O clássico experimento de Miller veio reforçar a teoria segundo a qual a vida na Terra: a) foi criada por Deus, exatamente como está descrito no Gênese, primeiro livro da Bíblia. b) surgiu pelo transporte casual para o nosso planeta de microrganismos completamente organizados, provenientes de outros mundos. c) originou-se pela semeadura intencional de microrganismos por seres inteligentes de outros mundos. d) iniciou-se pela síntese de monômeros e sua posterior polimerização, seguindo-se o surgimento dos primeiros seres vivos. e) iniciou-se pela chegada à Terra de compostos orgânicos presentes em meteoritos e cometas. 23) Duas teorias científicas modernas foram apresentadas para explicar a origem da vida na Terra após a queda definitiva da teoria da geração espontânea. Na 1ª teoria, as moléculas da vida teriam chegado à Terra por fontes extraterrestres; já, na 2ª, a vida é resultado de evolução química na Terra. Sobre esse assunto, analise as proposições abaixo. I. A teoria da evolução química, também conhecida como teoria da evolução molecular, foi inicialmente proposta pelo biólogo T. Huxley (1825- 1895), retomada e aprofundada pelo também biólogo J. B. Haldane (1892- 1964) e pelo bioquímico A. Oparin (1870- 1980); II. As ideias sobre a 1ª teoria surgiram no século XIX e no princípio do século XX e tiveram como seus primeiros defensores o físico W. Thomson (1824-1907) e o químico S. A. Arrhenius (1859-1927); III. As duas teorias modernas não são antagônicas, pois, mesmo os defensores da origem extraterrestre, entre outras questões, admitem que, onde quer que a vida tenha surgido, o processo deve ter ocorrido por evolução molecular; FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 31 IV. Os defensores da teoria da evolução química argumentam que água líquida, moléculas orgânicas e fonte de energia para as reações químicas já existiam na terra primitiva, não sendo necessário, portanto, recorrer à possibilidade de viagens interplanetárias de seres ancestrais para explicar a origem da vida na Terra. A opção CORRETA é: a) Somente I e IV estão corretas. b) Somente I, II e IV estão corretas. c) Somente II e III estão corretas. d) Somente II, III e IV estão corretas. e) Todas as proposições estão corretas. 24) Avanços no conhecimento científico levantaram dúvidas sobre as ideias da criação divina e do surgimento da vida por mecanismos não reprodutivos. Em meados do século XIX, experimentos científicos ocasionaram alterações no entendimento sobre a origem dos seres vivos. Marque a alternativa que contempla o experimento que forneceu evidências irrefutáveis de que os seres vivos surgem somente pela reprodução de seres da mesma espécie. a) Camisas sujas cobertas com grãos de trigo foram guardadas por vinte dias até o aparecimento de ratos. b) Caldos nutritivos à base de carne foram colocados em diversos frascos e fervidos por 30 minutos e imediatamente vedados com rolhas de cortiça e, depois de vários dias, os caldos estavam repletos de seres microscópicos. c) Caldos nutritivos à base de carne foram colocados em frascos com gargalos esticados e curvados, e fervidos até sair vapor pelas extremidades, e com o resfriamento as partículas em suspensão no ar ficaram retidas nas paredes do gargalo. d) Caldos nutritivos à base de carne foram colocados em frascos vedados com rolhas de cortiça e em frascos vedados hermeticamente, e em seguida fervidos por muito tempo e após alguns dias foram observados microrganismos nos frascos com cortiça. Evolução 32 e) Caldos nutritivos à base de carne foram colocados em frascos abertos e frascos tampados com pergaminhos e após alguns dias o conteúdo dos frascos destampados estava repleto de microrganismos. 25) Sobre a origem dos primeiros seres vivos, analise as afirmativas a seguir. I. A formação dos coacervados pode ter sido um dos primeiros passos rumo ao aparecimento da vida no planeta Terra. II. Organização biológica e reprodução são os dois atributos fundamentais para que os coacervados sejam considerados seres vivos. III. A alimentação dos primeiros coacervados divide a opinião dos cientistas que admitem duas hipóteses explicativas: a heterotrófica, que sugere que os coacervados eram capazes de fabricar seu próprio alimento, e a autotrófica, que sugere que os primeiros seres vivos usavam as substâncias orgânicas já disponíveis no meio, sem condições de produzi-las. Assinale a alternativa correta. a) Somente I é verdadeira. b) Somente II é verdadeira. c) Somente III é verdadeira. d) Somente I e II são verdadeiras. e) Somente II e III são verdadeiras. 26) Dentre as várias hipóteses formuladas para explicar a origem da vida na Terra, a mais aceita atualmente é a hipótese heterotrófica, proposta pelo bioquímico russo A. I. Oparin, em 1938, que tenta explicar o surgimento da vida como uma evolução dos processos bioquímicos com o surgimento e a evolução dos organismos responsáveis por estes processos. Os três principais processos bioquímicos estão enumerados a seguir: 1. Respiração aeróbica 2. Fotossíntese 3. Fermentação FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 33 Assinale a alternativa que indica a sequência correta de surgimento desses processos, de acordo com a hipótese heterotrófica. a) 1, 2, 3 b) 2, 1, 3 c) 3, 1, 2 d) 1, 3, 2 e) 3, 2, 1 27) Assinale a alternativa correta: a) A experiência de Francesco Redi foi um marco na comprovação da teoria da geração espontânea. b) Deve-se a Pasteur, entre outros, método de esterilização de alimentos, vacina antirrábica e vacina anti-antraz. c) Diferentemente de Pasteur, o cientista inglês Needham era um defensor da teoria “biogênese”. d) O frasco em pescoço de cisne comprovou a existência do “princípio vital”, tanto defendido por Pasteur. e) Oparin comprovou a teoria da geração espontânea. 28) Sabe-se hoje que os primeiros seres vivos a habitarem nosso planeta surgiram nos mares e eram estruturas bastante simples, caracterizadaspor serem: a) Autotróficos b) Heterotróficos por saprobiose. c) Eucarióticos d) Aeróbicos e) Protistas 29)As afirmativas abaixo descrevem alguns fatos que ocorreram durante a formação do planeta e dos seres vivos. Evolução 34 I. Os continentes fragmentaram-se, originando dois blocos separados por um estreito braço de mar. II. O planeta foi dominado pelos répteis, principalmente os dinossauros. III. As plantas com flores começaram a aparecer. IV. Ao mesmo tempo em que ocorria o início da extinção dos répteis, havia, nos céus, a ocupação das aves e, na terra, a expansão dos mamíferos. V. O clima foi amenizado, quando as montanhas começaram a se formar. Assinale a alternativa que contempla corretamente a Era Geológica acima descrita. a) Mesozoica. b) Paleozoica. d) Pré-Cambriana. c) Cenozoica. e) Arqueozoica. 30) Qual das proposições abaixo contém informações CORRETAS sobre a origem da vida no planeta: a)A queda da teoria da abiogênese só foi possível graças aos experimentos de Leeuwenhoek em meados do séc. XVII, com o microscópio. b)Francesco Redi, em meados do século XVIII formulou o conceito da “força vital”, através de experimentos com cadáveres de animais acondicionados em frascos abertos e outros vedados com gaze. c)LazzaroSpallanzani, grande defensor da teoria da abiogênese, ficou conhecido por seus experimentos com “caldos nutritivos” submetidos a várias fervuras, que deram origem a vários tipos de microorganismos. d)John Needham em 1745 refez os experimentos de Spallanzani e concluiu que a presença de microorganismos nos frascos contendo o “caldo nutritivo”, devia-se ao tempo de fervura e ao tipo de vedação utilizada. e)Louis Pasteur em 1862, utilizando frascos do tipo “pescoço de cisne”, cujo formato impedia o contato da poeira com o interior do mesmo, ferveu caldo de carne e conseguiu conservá-lo estéril, mesmo com a entrada de ar (condição indispensável segundo os adeptos da geração espontânea para surgimento da vida em matéria inanimada). Após alguns meses permitiu FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 35 o contato entre o caldo e a poeira de onde surgiram microorganismos, possibilitando assim o fim da teoria da abiogênese. GABARITO: 16) VFFFVVF; 17) B; 18) D; 19) D; 20) B; 21) E; 22) D; 23) D; 24) C; 25) A; 26) E; 27) B; 28) B; 29) A; 30) E. Leitura complementar Quer aprender mais sobre a história evolutiva da vida? Que tal ler mais no endereço abaixo? Você encontrará, numa linguagem acessível mais sobre o assunto. Veja: A história evolutiva da vida (http://pt.wikipedia.org/wiki/ Hist%C3%B3ria_evolutiva_da_vida). 2.2. Os criacionistas Embora a ciência já tenha explicação bem comprovada do processo de evolução biológica, a maioria da humanidade ainda acredita que tenha havido um planejamento, uma intervenção divina. É normal que uma pessoa, sem conhecimento, ao se confrontar com a dúvida sobre a origem da vida, sobre a origem das espécies, pense exatamente como na Idade Média, que tudo seja obra de um Criador, que tenha seguido um planejamento inteligente perfeito. A falta de conhecimento sobre um assunto não aprendido é algo completamente natural. O problema da compreensão do processo evolutivo, é que existe resistência ao seu ensinamento e aprendizado, pois teme-se que esse conhecimento possa abalar a fé religiosa das pessoas. Embora essa resistência seja bem conhecida como existindo nos Estados Unidos, aqui no Brasil, não estamos livre dela. Evolução 36 2.2.1. Categoria de criacionistas Embora a designação criacionista seja aplicada de forma geral a todos que acreditam que os seres vivos não têm uma origem natural, existem diferenças entre eles. As principais categorias de criacionistas são: a) Os que aceitam literalmente o texto bíblico; acreditam em Adão e Eva; no dilúvio e na Arca de Noé; creem que os fósseis de animais extintos, como os dinossauros, por exemplo, decorrem do fato de Noé ter deixado alguns animais fora da arca; recusam os dados de datação geológica e acreditam que a Terra tenha no máximo 10.000 anos; b) Há os que acreditam na datação geológica e argumentam que os tais seis dias da criação seriam simbólicos e que cada dia poderia durar milhões de anos; c) Outros admitem a mutação, a seleção natural e admitem que uma espécie possa dar origem a outra. Porém, o aparecimento dos grandes grupos taxonômicos, também chamada de “macroevolução”, teria origem divina; d) Existem também os que aceitam todo o processo proposto pelos cientistas, mas recusam no que se refere à ideia do acaso e postulam que ele seja produto de uma intenção, de um projeto (intelligent design). Embora alguns desses adeptos afirmem que isso não tenha conotação religiosa, o projetista é de origem sobrenatural. De maneira geral, a maioria das pessoas, apesar de ter estudado sobre evolução nas escolas, não entende cientificamente como o processo funciona, e esse entendimento tem importância muito grande no debate entre evolução e criacionismo. Existe um grupo formado por cientistas, alguns biológicos, que sabem tudo sobre teoria científica da Evolução, não acreditam no Fixismo das espécies e não se dizem criacionistas. No entanto, acreditam na existência do Criador. É um paradoxo interessante: acreditar no Criador e não acreditar que ele criou a vida e as espécies. As pessoas com essa posição não eram questionadas aqui no Brasil até bem pouco tempo, FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 37 quando a polêmica sobre Criacionismo e Evolução ocorria em outros países, como nos Estados Unidos, e não fazia parte das nossas discussões e elas podiam permanecer indefinidas. Ao contrario do que se possa pensar, a ciência não é uma coleção de fatos e teorias, mas sim um processo de reflexão e entendimento de fenômenos naturais, o que exige, regularmente, uma reorganização mental diante de novos conhecimentos. Um dos principais argumentos dos criacionistas contra o acaso no processo é o de que o acaso não pode produzir estruturas complexas. Porém, a ciência diz o seguinte: - estruturas complexas se fixam por seleção natural, que é um processo determinístico; - os fatores casuais, ou estocásticos, no processo são a mutação e a deriva genética e eles não são os responsáveis pela evolução de complexidades. De fato, quando, por algum motivo, a pressão da seleção natural é atenuada sobre uma população, estruturas complexas, como por exemplo, a pigmentação da epiderme ou o olho de animais de caverna, degeneram lentamente por mutações e deriva genética. Qualquer pessoa optará, com mais segurança, por uma explicação ou outra, por uma questão ou outra, sobre qualquer assunto, se puder confrontar fontes diversas de informações. Caso contrário, sem tomar como referência outras fontes de conhecimento, tende a acreditar na primeira história que contarem para ela. Um indivíduo sem informação e sem senso crítico pode ser mais facilmente iludido por ideias fixadas ao longo de muitas histórias políticas, religiosas, literárias, lendárias, científicas. 2.3. As primeiras hipóteses sobre a evolução dos seres vivos Uma das primeiras publicações de textos sobre evolução foi Zoonomia, publicado em 1795 por Erasmus Darwin (1731-1802). Embora não mencionasse a seleção natural, discutia a questão das adaptações e especulava sobre a possibilidade de uma espécie poder evoluir a partir Evolução 38 de outra espécie. Embora sem muitos dados ou experimentos, o trabalho mostra que o Fixismo já estava sendo questionado e tem importância histórica pelo fato de o autor ser avô paterno de Charles Darwin. Em 1808, o biólogo francês Jean Baptiste Lamarck propôs uma hipótese para explicar a incrível adaptação das espécies aos diferentesambientes. Embora essa hipótese seja tratada nos livros escolares como uma teoria evolutiva, o impacto emocional para a época não foi muito grande porque propunha uma explicação para a adaptação das espécies, mas não postulava, necessariamente que, através das adaptações, a espécie poderia passar a ser outra espécie. Ou seja, a hipótese de Lamarck não questionava a origem das espécies. As hipóteses sobre o uso e desuso e da transmissão dos caracteres adquiridos tiveram muito sucesso, sendo adotadas ate pelo próprio Darwin a partir da sexta edição do livro OrigemdasEspécies. As principais razões para o sucesso é que elas são muito lógicas, intuitivas e fáceis de serem explicadas e entendidas. É muito fácil explicar a teoria de Lamarck até para uma criança e costumamos dizer que as pessoas nascemlarmarckistas. Para surpresa nossa, há alguns anos, estudantes do último ano do curso de Ciências Biológicas, embora tenham ouvido, desde o ensino fundamental e médio, que a teoria de Lamarck é errada, ao serem instigados a resolver questões evolutivas, cerca de 60% deles empregaram um raciocínio lamarckista. Muito importante para a época, o trabalho de Lamarck, embora muito lógico, contém erros biológicos graves e fundamentais e deixou de ser considerado a partir do final do século XIX. 2.4. A diversidade biológica Quando os ingleses Charles Robert Darwin (1809 – 1882) e Alfred Russel Wallace (1823 – 1913) visitaram o Brasil, na primeira metade do século XIX, a grande diversidade biológica das Américas, especialmente a da América do Sul, já era conhecida. Antes deles, vários pesquisadores/ coletores europeus já haviam estado aqui e promovido verdadeiros arrastões coletando espécimes da flora e da fauna, dando inicio ao que se denomina, FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 39 hoje, biopirataria. Entre dezenas e talvez centenas de nomes, citam-se: Johann Von Spix (1781 – 1826); Karl Von Martius (1794 – 1868); Saint- Hilaire (1779 – 1853); Johann Natterer (1787 – 1843); Max Von Braunsberg (1782 – 1867); Georg Von Langsdorff (1774 – 1852); Wilhelm Ludwig Von Eschwege (1777 – 1855); Thomas Ender (1793 – 1875); Jean Agassiz (1807 – 1873); Robert Hermann Schomburgk (1804 – 1865); Peter Wilhelm Lund (1801 – 1880), Ludwig Riedel (1790 – 1861) e George Gardner (1812 - 1849). Todos esses pesquisadores/coletores permaneceram aqui por mais tempo do que Darwin e Wallace e coletaram muito mais materiais do que os dois juntos, com uma agravante: a maior parte do material coletado por Wallace foi perdida pelo naufrágio do navio a caminho da Europa.Por falta de uma teoria unificadora da diversidade dos seres vivos, todo material era coletado e catalogado como uma coleção de selos, respeitando-se a localização e data da coleta e o tipo de material coletado por semelhanças e diferenças. 2.4.1. Wallace e Darwin Tentar explicar por que só Wallace e Darwin tiveram, independentemente e quase simultaneamente, a mesma ideia para explicar a origem de tanta diversidade é um exercício puramente especulativo. Dizer que eles eram mais inteligentes, mais geniais ou mais espertos do que os outros também é uma afirmação leviana. Porém, um fato muito importante aconteceu aos dois: depois de terem visto a grande diversidade biológica em áreas continentais sul-americanas, Darwin contornando o continente, e Wallace viajando pela Amazônia, ambos entraram em contato com a fauna e flora de arquipélagos. Darwin, em Galápagos, Wallace, na Malásia. E, o que diferencia os arquipélagos das áreas continentais? A descontinuidade das populações, isoladas umas das outras pelos limites das ilhas. A diferenciação entre populações isoladas é muito maior do que se elas tivessem uma distribuição geograficamente contínua e, embora o processo evolutivo atue igualmente nas ilhas ou nos continentes, o resultado Evolução 40 da diferenciação fica muito evidente nas ilhas.Tanto as discussões anteriores sobre evolução, como as ideias de Darwin e Wallace, questionavam exclusivamente o Fixismoe a origem das espécies. Saiba mais Design Inteligente: ignorar o problema não vai fazer com que ele vá embora (*) Marcio Pie(**) Estamos presenciando atualmente em Dover, Pensilvânia (EUA) a mais nova tentativa do movimento do “Design Inteligente” (DI) para tornar-se parte do currículo de escolas secundárias, desta vez através de uma batalha judicial.É interessante notar que esse movimento encontra adeptos até no Brasil. Durante os depoimentos do julgamento de Dover, Michael Behe, um dos principais proponentes do DI e autor do livro “A caixa preta de Darwin”, demonstrou a ginástica mental necessária para podermos considerar DI como ciência. Como alguns poderiam imaginar, ele mudou a definição de ciência que é usada rotineiramente por cientistas.O advogado que o interrogava, astutamente, perguntou-lhe se, dentro de sua definição, a astrologia seria também considerada ciência. Behe teve que concordar.Contudo, apesar de tanta repercussão na mídia, poucos cientistas sabem o que propõe o movimento DI. O meu objetivo com o presente texto é abordar três questões: o que é DI? Por que DI não é ciência? Seria DI o resultado de uma teologia equivocada? Responder o que é DI é como tentar acertar um alvo móvel, mas imagino que a seguinte definição de DI agradaria a maior parte de seus proponentes: a ciência em geral (e a teoria da evolução em particular) não consegue explicar vários fenômenos. Isso indicaria que algum “designer” interferiu na ordem natural das coisas para permitir que esse fenômeno acontecesse.A forma de detectar a influência do designer não está clara em nenhum exemplo prático, embora já disponham de nomes bonitos como o “filtro explanatório de Dembski”, “complexidade irredutível” e “complexidade especificada”.Finalmente, a identidade do designer não é determinada, o que deveria dar um ar de não-religiosidade à empreitada. Há inúmeros obstáculos para considerarmos DI uma abordagem científica: (1) Não há uma forma positiva de se detectar o designer, isto é, não há algo que possamos observar que o acusaria. Somente a nossa incapacidade de explicar um dado fenômeno seria evidência de DI. (Posso imaginar a justificativa em meu próximo artigo a ser submetido: “o modelo apresentado no presente estudo explica 80% da variância nos dados, sendo que para os 20% não explicados pelo modelo eu invoco a influência de algum designer não especificado.”); (2) não há nenhuma proposta sobre os mecanismos que esse designer usaria para influenciar os fenômenos estudados (como admitido pelo próprio Behe em seu depoimento); (3) A abordagem do DI não faz previsões que podem ser testadas. Em FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 41 particular, não podemos saber de antemão onde poderíamos encontrar evidências de design - a “previsão” de onde haveria design é sempre feita a posteriori. Em suma, DI afirma que um designer não especificado, através de um mecanismo não especificado, afeta vários fenômenos não especificados. Mas isso não impede os seus proponentes de afirmar que há evidências de DI em todo lugar: na explosão do Cambriano, no processo de especiação, no sistema de coagulação sanguínea, na estrutura do flagelo bacteriano etc.Recentemente os proponentes do DI apontaram 300 cientistas que apoiam a abordagem do DI. Curiosamente, apesar de tanta gente, não há um único artigo publicado em uma revista científica suportando ID (a não ser um artigo obscuro publicado no ProceedingsoftheBiologicalSocietyofWashington que passou pelo crivo dos referees mesmo não apresentando nenhum dado original). Essa falta é explicada invocando uma grande conspiração dos cientistas para esconder a verdade sobre ID, um argumento bastante convincente nos círculos leigos (afinal de contas, quem não gosta deuma boa teoria da conspiração?). Teologicamente, DI é uma reedição de um conceito antigo, o argumento do “Deus dos buracos”. Não sabemos como algo funciona, ergo, isso é evidência de Deus.Vários teólogos ao longo dos séculos combateram a ideia de chamar nossa ignorância de “Deus” como má teologia, visto que, pela visão bíblica, Deus sustenta e interage com a Criação continuamente, não somente em alguns poucos momentos de design.Além disso, um Deus que precisaria constantemente “remendar” seu design original de tempos em tempos para que ele funcionasse não se parece com o Deus onipotente bíblico. Finalmente, alguns conselhos práticos para cientistas ao se depararem com essas questões.Primeiramente, é importante lembrar que os proponentes do DI representam uma pequena minoria entre os cientistas cristãos (embora estejam entre os que mais fazem barulho).Há uma variedade de pontos de vista, incluindo os que sugerem que o processo evolutivo seja o mecanismo usado por Deus para criar o homem, como Francisco Ayala, GhilleanPrance e Francis Collins (diretor do projeto genoma humano do NHGRI).Uma fonte útil de informações nessa área é a American ScientificAffiliation (http://www.asa3.org/). Além disso, é imprescindível lembrar que os leigos que ingenuamente simpatizam com DI geralmente o fazem por ignorância de como a ciência funciona.A forma mais eficiente de esclarecer essas questões é através da educação científica e não através da ridicularização, a qual não só é contra-produtiva como também acaba corroborando a visão equivocada de uma “batalha” entre fé e ciência. (*) Artigo publicado no Jornal da Ciência (publicação da Sociedade Brasileira para o Progresso da Ciência – SBPC) (**) Doutor na área de Evolução pela Boston University (EUA). Evolução 42 Para aprender mais... Quer entender outra opinião sobre o Criacionismo? Leia A caixa preta de Darwin de Michael Behe. Este autor utiliza vários argumentos contrários as ideias darwinistas e em favor do Criacionismo científico. 3. Evidências da Evolução Diferente do Fixismo, a Evolução, como ciência, se baseia em fatos que não podem ser contestados. A estes fatos denominamos evidências. Vamos resumir as evidências em três tópicos: i) evidências paleontológicas; ii) evidências morfológicas e; iii) evidências embriológicas. Antes, um pouco de história. 3.1. Um pouco de história Durante sua Viagem no HMS Beagle (Fig. 02), Darwin coletou um grande numero de espécimes, muitas delas desconhecidas na Europa que, posteriormente, deram suporte a evolução por seleção natural. A grande variedade das evidências da evolução fornece ampla e rica informação dos processos naturais pelos quais a variedade da vida na Terra se desenvolveu. Fig. 02 - Quadro de Owen Stanley retratando o HMS Beagle. Fonte: Wikipedia. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 43 3.2. Evidências paleontológicas Paleontologia é o estudo da vida passada baseado no registro fóssil e suas relações com os diferentes períodos de tempo geológicos. Mas o que são fósseis? Fósseis são registros da vida passada preservados nas rochas. Dizem-nos que a vida começou nos oceanos, há mais de 3,5 bilhões de anos, e que desde então evoluiu e se diversificou para um total estimado de 10 milhões de tipos diferentes de organismos. Mais de 99% de todas as formas de vida que já existiram estão atualmente extintas e, por isso, a história da evolução depende do estudo e interpretação desses escassos vestígios da vida passada. Fósseis são importantes para estimar quando as várias linhagens se desenvolveram. Como a fossilização é de rara ocorrência, normalmente requerendo as partes duras do corpo dos espécimes e da morte próxima a um local onde sedimentos estão sendo depositados.O registro fóssil somente fornece informações intermitentes sobre a evolução da vida. Evidências de organismos anteriores ao desenvolvimento de partes duras do corpo como conchas, ossos e dentes são especialmente raras, mas existem na forma de antigos microfósseis de alguns organismos de corpo mole. Quando um organismo morre, ele normalmente decompõe-se rapidamente ou é consumido por necrófagos, não deixando nenhuma evidência permanente de sua existência. Entretanto, ocasionalmente, alguns organismos são preservados. Os restos ou traços dos organismos de uma era geológica passada, envoltos em rocha por processos naturais são chamados de fósseis. Eles são extremamente importantes para o entendimento da história evolucionária da vida na Terra, já que fornecem evidências diretas da evolução e informações detalhadas sobre as linhagens dos organismos. Para que a fossilização ocorra, os traços e restos do organismo devem ser rapidamente enterrados para que o descoramento e a decomposição não ocorram. Estruturas esqueléticas e outras partes duras Evolução 44 do organismo são as formas mais comuns de fossilização de restos de organismos. Existem também os “fósseis” de traços, mostrando moldes e impressões na rocha de alguns organismos antigos. Quando um animal morre, o material orgânico deteriora-se gradualmente, como os ossos, por exemplo, que se tornam porosos. Se o animal é subsequentemente enterrado em lama, sais minerais irão infiltrar-se nos ossos e gradualmente preencher os poros. Os ossos se solidificarão em rocha e serão preservados como fósseis. Esse processo é conhecido como petrificação. Se um animal morto é coberto por areia, e se a areia posteriormente transformar-se em lama devido a pesada chuva ou enchentes, o mesmo processo de infiltração mineral pode ocorrer. Além da petrificação, o corpo morto de um organismo pode ser bem preservado em gelo, em resina endurecida de árvores coníferas (âmbar), em alcatrão, em ambientes anaeróbios e em turfas ácidas. Fossilização pode ser,às vezes, só um traço, uma impressão de uma forma. Exemplos incluem folhas e pegadas, fósseis que são feitos em camadas que são posteriormente endurecidas por ação natural. 3.2.1. Registro fóssil Trilobitas (Fig. 03) eram animais com carapaças duras, ancestrais dos atuais caranguejos, camarões e demais artrópodes. Foram extintos a 250 milhões de anos atrás. É possível descobrir como um grupo de organismos evoluiu arrumando seu registro fóssil em uma sequência cronológica. Tal sequência pode ser determinada porque fósseis são majoritariamente encontrados em rochas sedimentares. Rochas sedimentares são formadas por camadas de silte ou lama Fig. 03. Fóssil de trilobita.Fonte: www.biomania. com.br. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 45 uma sobre o topo da outra; deste modo, a rocha resultante desse processo contém uma série de camadas horizontais, ou estratos. Cada camada contém fósseis que são típicos para o específico período de tempo durante o qual eles se formaram. Os estratos mais baixos contêm as rochas mais velhas e os fósseis mais antigos, enquanto os estratos superiores contêm as rochas mais novas e os fósseis mais recentes. Uma sucessão de animais e plantas também pode ser vista no registro fóssil. Evidências fósseis apóiam a teoria de que organismos tendem a aumentar progressivamente em complexidade. Ao estudar o número e a complexidade de diferentes fósseis em diferentes níveis, foi demonstrado que rochas antigas que contêm fósseis apresentam poucos tipos de organismos fossilizados, e todos eles têm uma estrutura simples, enquanto que as rochas mais recentes contêm uma grande variedade de fósseis, frequentemente com um aumento na complexidade de suas estruturas. No passado, as idades dos vários estratos e dos fósseis encontrados eram irregularmente estimadas por geólogos. Eles faziam, por exemplo, a estimativa do tempo para a formação das rochas sedimentares, camada por camada. Hoje, realizando medições das proporçõesde elementos radioativos e estáveis na rocha, as idades dos fósseis podem ser datadas pelos cientistas com uma grande precisão. Essa técnica é conhecida como datação radiométrica. Fig. 04 - Nautilus. Foto: F.S.Santos Filho. Evolução 46 Pela análise do registro fóssil, muitas espécies que aparecem em um nível estratigráfico antigo, desaparecem em níveis posteriores. Isso é interpretado em termos evolucionários como a indicação do tempo em que uma espécie se originou e tornou-se extinta. Regiões geográficas e condições climáticas variaram consideravelmente através da história da Terra. Já que organismos se adaptam em ambientes em particular, a mudança constante das condições climáticas e geográficas favoreceu espécies que se adaptaram a novos ambientes através do mecanismo de seleção natural. De acordo com o registro fóssil, algumas espécies modernas de plantas e animais são encontrados quase que praticamente iguais as espécies que viveram em tempos geológicos antigos. Eles são espécies que fazem parte de antigas linhagens que permaneceram morfologicamente (e provavelmente também fisiologicamente) quase inalterados por um longo tempo. Consequentemente, eles são chamados de “fósseis vivos” por leigos. Exemplos de fósseis vivos incluem o nautilus (Fig. 04), límulo, celacanto, a ginkgo e a metasequoia. Em sua maioria, fósseis são partes mais resistentes, física e quimicamente, de organismos extintos. São encontrados dentro das camadas de depósitos sedimentares antigos, que se acumularam durante centenas de milhões de anos para formar o que conhecemos como registro estratigráfico rochoso. O processo que transforma resíduos orgânicos e parte do registro rochoso é tão complexo e altamente seletivo que apenas uma minúscula percentagem da vida passada é preservada. Das centenas de milhões de espécies que existiram até agora, somente os fósseis de algumas centenas de milhares de espécies já foram encontrados e descritos. E o processo de fossilização frequentemente transforma restos orgânicos a ponto de os tornar irreconhecíveis. Como se pode observar visitando qualquer museu de paleontologia, os fósseis têm cor de pedra e aparência de rochas, e estão frequentemente completamente achatados na superfície das rochas. Porém, já foram organismos cheios de vida, que se moviam e respiravam. Também foram encontrados vestígios tridimensionais, que preservaram o formato original FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 47 de conchas e ossos, mas mesmo nestes casos a fossilização deu-lhes o aspecto de rochas, tornando-os mais pesados e duros do que as partes originais, e removeu totalmente as suas cores.De uma forma curiosa, os processos que reduzem criaturas vivas a fósseis, com a perda de tantas informações preciosas, também contribuem para sua enorme popularidade. Ao longo dos séculos, os paleontólogos procuraram entender a natureza dos registros fosseis e lê-los como a historia da evolução da vida na Terra. Saiba mais Raro ‘fóssil vivo’ é capturado na costa da Austrália - 23 janeiro 2015 Tubarão-enguia foi pescado por barco de arrastro; animal tem características de criaturas primitivas De aparência assustadora, o tubarão-enguia (também chamado de tubarão- cobra) foi apanhado por um barco de arrasto na região de Gippsland, no Estado de Victoria.Raramente os tubarões-enguia são encontrados vivos, porque seu habitat natural se localiza a 600 metros ou mais de profundidade. Tanto o formato do corpo do animal quanto seu número de guelras se assemelham aos de fósseis de tubarões que viveram há 350 milhões de anos. Por essa razão, o animal é conhecido como um “fóssil vivo”.Com várias características de criaturas primitivas, os tubarões-enguias podem atingir até 2 metros de comprimento. Segundo a Associação de Pesca de Arrasto do Sudeste da Austrália, a espécie encontrada tinha praticamente esse tamanho. Fonte: http://www.bbc.co.uk/portuguese/noticias/2015/01/150122_tubarao_ fossil_vivo_capturado_lgb Evolução 48 3.2.2. O problema dos fósseis Desde os tempos da Grécia antiga e da China, quando sábios como Xenófanes de Colofon (c.570-490 a.C.) começaram a escrever sobre fósseis, a sua verdadeira natureza tem sido objeto de prolongados e intensos debates. Embora eles pareçam ser resquícios de uma vida passada, frequentemente são preservados como matéria inorgânica, que difere significativamente dos organismos vivos. Por exemplo, um fóssil pode ter a aparência externa de uma criatura marinha, como um bivalve ou um ouriço-do-mar, mas ser composto por um mineral como a sílica, totalmente diferente do carbonato de cálcio das conchas dos bivalves e ouriços-do-mar atuais. Atualmente compreende-se que a fossilização pode ter um efeito drástico na composição química do material fóssil, mas os primeiros naturalistas viam apenas que os minerais dos fósseis eram mais semelhantes aos minerais que formam as rochas do que às conchas e esqueletos de organismos vivos. Alguns argumentavam que os fósseis teriam, provavelmente, crescido dentro de estratos rochosos e que tinham apenas uma semelhança superficial e enganosa com organismos vivos. Para apoiar esta linha de raciocínio, lembravam que muitos fósseis haviam sido encontrados em ambientes diferentes dos habitados por seus equivalentes atuais. Por exemplo, fósseis parecidos com ouriços-do-mar podiam ser encontrados em estratos rochosos nas encostas das montanhas, muito longe do mar onde essas criaturas vivem hoje. Só recentemente se começou a entender como os movimentos da Terra podem deslocar as rochas para bem longe de onde se formaram. Muitas destas questões só começaram a ser resolvidas na época Renascentista. Usando os métodos de investigação científica que estavam surgindo, diversos naturalistas apresentaram exemplos cuidadosamente fundamentados da verdadeira natureza orgânica dos fósseis. Por exemplo, na metade do século XVII, NielStensen (também conhecido como Steno), médico dinamarquês que trabalhava na Itália, dissecou um tubarão moderno e comparou, cuidadosamente, seus dentes com fósseis conhecidos como “línguas de pedra” (glossopetrae), encontrados com FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 49 frequência no Mediterrâneo. Steno defendia que as “línguas de pedra”, mesmo as encontradas em terra, deviam ser entendidas como dentes de tubarão antigos. E, também, que elas provaram que, no passado, o mar tinha avançado mais sobre o continente. Atualmente, até mesmo as crianças em idade escolar sabem que os fósseis são restos de organismos que viveram em épocas passadas. Mas, mesmo assim, ainda há muitas armadilhas no caminho, e paleontólogos menos cuidadosos, e até mesmo profissionais experientes, podem ter problemas para decidir se alguns resíduos são fósseis genuínos ou não - vejam, por exemplo, as discussões sobre os supostos micróbios preservados nas rochas silicosas antigas da Austrália e aqueles outros que teriam sido encontrados em meteoritos de Marte. 3.2.3. A variedade de fósseis Um fóssil é mais do que um antigo osso ou dente petrificado, ele pode ser qualquer vestígio deixado pela vida passada e de alguma forma preservado, o que inclui uma variedade de diferentes meios de preservação e também traços da interação dos animais com seu meio ambiente. Os fósseis são a principal prova da história e evolução da vida na Terra. Mas esta afirmação esconde uma realidade mais complexa. Em sua maioria, os fósseis são as partes mais resistentes e menos perecíveis dos organismos, mas ocasionalmente estruturas e tecidos mais delicados são preservados, como quando um corpo completo é congelado e desidratado em solo também congelado. A composição dos fósseis varia de ossos e conchas mineralizados a moléculas orgânicas preservadas como gotas de betume, e restos
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