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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 restosvegetais, comprimidos e carbonizados, que conhecemos como carvão. Entretanto, eles geralmente podem ser classificados em poucos tipos diferentes. Fósseis químicos são resíduos de moléculas orgânicas, como as biomoléculas betuminosas encontradas em estratos arqueanos, com mais de três bilhões de anos. Geralmente, sua verdadeira natureza orgânica e composição química só podem ser determinadas com o auxilio de sofisticado Evolução 50 equipamento de análise.Fósseis de corpos, restos de tecidos originais, são os mais comuns, representados por inúmeros ossos e conchas e as impressões que deixaram nas rochas. Alguns sofreram alteração química e raros preservaram tecidos moles. Fósseis de pele e músculos em geral foram preservados em sedimento antigo e substituído por minerais inorgânicos, como a apatita (um fosfato) e a pirita (um sulfeto de ferro). Traços fósseis são as marcas deixadas por um organismo vivo no substrato sedimentar ou em seu interior – por exemplo, pegadas, tocas e dentes ou incisões. Os mais comuns são tocas e restos de raízes de organismos que viveram ou cresceram dentro do sedimento. O autor dos traços raramente é preservado, mas estes fósseis fornecem evidências importantes sobre determinados ambientes, como planícies de areia sujeitas à ação das marés, e comprovam a existência de hábitos antigos, como as técnicas de preservação de carne dos caçadores de Neanderthal. Como foi visto, os fósseis preservados na rocha são normalmente as partes mais resistentes de um organismo, principalmente as esqueléticas mineralizadas, como conchas, ossos e os tecidos lenhosos das plantas, que podem sobreviver por muito tempo após a morte de um organismo. Mas isso quer dizer que o registro fóssil, favorece organismos com esse tipo de tecidos, e não representa integralmente a diversidade da vida, entre os organismos de corpo mole, que vão de vírus e bactérias a lulas gigantes. Na maioria dos organismos, a maior parte do tecido corporal é formada por água e componentes orgânicos, que tendem a se degradar rapidamente, após a morte. Esta matéria orgânica é, também, alimento potencial para outros organismos. Na maioria dos ambientes naturais, os corpos mortos são atacados, consumidos e biologicamente degradados. Mas, ocasionalmente, um corpo pode ser levado para um meio ou local naturalmente preservado.Para a sorte dos paleontólogos, há diversos meios e circunstâncias excelentes para a preservação de tecidos moles, que vão de temperaturas abaixo de zero, que congelam e desidratam os FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 51 organismos, a imersão em óleo, sal ou resina. 3.2.4. Como são preservados os fósseis? Embora seja verdade que um mamute inteiro, ou um humano, pode ser congelado e desidratado em sedimentos glaciais, com preservação de tecidos moles e até mesmo de algum DNA, tais eventos são extremamente raros. Mamutes congelados, e humanos como “Otzi”, o Homem de Gelo tirolês (Fig. 05), não são, estritamente falando, fósseis verdadeiros, já que seus invólucros sedimentares gelados são, por si só, efêmeros, se considerarmos a escala de tempo geológica. Fósseis preservados em âmbar (uma antiga resina vegetal) sobrevivem por mais tempo. Durante os anos 1990, várias tentativas para recuperar o DNA de insetos preservados em âmbar ocorreram. Entretanto, outras proteínas foram recuperadas de restos fossilizados, como o colágeno, recentemente extraído dos ossos de um Tyrannosaurusrex, com 68 milhões de anos.Nossa experiência cotidiana de ambientes terrestres mostra por que é tão difícil preservar resíduos de animais ou plantas terrestres. Quantas vezes encontramos os ossos de um pássaro, ou mesmo folhas enterradas no solo? As folhas que cobrem o solo em Fig. 05 – Otzi, múmia de um caçador encontrada na Alemanha – a rigor não é um fóssil e sim um corpo preservado por milhares de anos no gelo. Fonte: www.science-fare.com. Evolução 52 algumas semanas ou meses são degradadas por fungos ou bactérias e por uma variedade de animais, de caracóis a miriápodes e minhocas. Os ossos sobrevivem por cerca de um ano, mas os ácidos presentes no solo e a oxidação da matriz orgânica os enfraquecem – apenas os dentes, com sua dentina e esmalte mais duros, sobrevivem por mais tempo.Algumas estruturas biológicas sobrevivem bem no solo – esporos, sementes e pólen adaptados para a sobrevivência nestas condições. De fato, estas estruturas podem resistir o tempo suficiente para serem fossilizadas. A preservação do solo e de outros sedimentos superficiais requer condições especiais, como soterramento rápido, em vez dos processos normais de desgaste superficial e erosão. Então, como sobrevivem os registros fósseis da vida terrestre? E como podem existir reservas mundiais substanciais de depósitos terrestres, como carvão, que consiste na compressão de restos de antigas florestas tropicais, pântanos e turfeiras? A resposta a ambas as perguntas é que isso se tornou possível graças a uma combinação de condições geológicas. A deposição de sedimentos e seus restos orgânicos em paisagens que, em geral, passavam por “afundamento”, os enterraram a tal profundidade que puderam sobreviver aos eventos de erosão subsequentes.O maior volume de registros fósseis consiste em conchas e ossos de organismos marinhos que viveram em mares de pouca profundidade, nas margens continentais e em suas águas. Porém, mesmo sedimentos do assoalho marinho e seus restos orgânicos acabam sendo destruídos por outro processo geológico inexorável: a subducção, consequência dos movimentos tectônicos. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 53 Saiba mais Fósseis vegetais: mais raros do que fósseis animais Os animais são mais fáceis de fossilizar do que as plantas. Isto ocorre porque animais já apresentam órgãos mineralizados como ossos e dentes. As plantas apresentam seus tecidos constituídos prioritariamente por materiais orgânicos, mais fáceis de serem degradados na decomposição. A cidade de Teresina (PI) apresenta um sítio paleontológico com árvores de idade Permiana em plena região central da cidade, às margens do rio Poti. Fig. 06. A. Tronco fóssil em posição de vida. B. Detalhe do tronco fossilizado. C. Tronco fóssil rolado. Todos encontrados na Floresta Fóssil de Teresina. Foto: F.S.Santos Filho. Evolução 54 Mais de 99,9% de toda a vida que já existiu extingue-se, mas os fósseis dão-nos uma ideia de como era a vida no passado, e de como evoluiu. 3.2.5. Reconstruindo o passado É impossível compreender os processos evolutivos se não considerarmos o contexto mais amplo das plantas e animais: o ambiente no qual existiram, as fontes alimentares disponíveis, os competidores e as ameaças que enfrentaram.Hoje em dia, aceitam-se sem qualquer questionamento a reprodução de cenários com dinossauros, outros animais e plantas já extintos. Contudo, é comum o uso de paisagens modernas, e até mesmo de plantas inadequadas, para compor as paisagens do passado. A utilização de artes gráficas mais tradicionais proporciona maior flexibilidade, detalhamento e precisão. Mas, mesmo assim, todas as reconstruções são, até certo ponto, obra da imaginação, já que existem registros visuais anteriores aos desenhos criados, 30.000 anos atrás, pelos humanos que viram e retrataram animais hoje extintos, como o mamute e o rinoceronte lanosos. Indo um pouco além na história da vida, pouco se sabe sobre a coloração de animais e plantas extintos, exceto por algumas indicações de padrões de camuflagem. Detalhes do formato do corpo são igualmente problemáticos, e tentamos recriá-los por inferência indireta e reconstrução de tecidos moles, usando nosso entendimento de anatomia comparada. Entretanto, algumas descobertas espetaculares de tecidos moles bempreservados, da época do Cambriano, forneceram informações precisas sobre formatos de corpos. Nos últimos 200 anos, houve enorme progresso no nosso conhecimento sobre a vida no passado geológico. Os corpos da maioria, mas certamente não de todos, os organismos fósseis podem, agora, ser reconstruídos com certo grau de certeza. As principais exceções são as plantas e alguns dos vertebrados de maior porte, porque seus corpos completos raramente foram preservados nas rochas sedimentares. As plantas são especialmente difíceis, porque seus diversos componentes anatômicos, como pólen, folhas, tecidos lenhosos e raízes tendem a se FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 55 separar tanto durante a vida quanto na morte, e podem ser depositados em ambientes sedimentares totalmente diferentes. A interpretação dos registros rochosos e a associação de fósseis de sítios e níveis estratigráficos específicos atingiram tal grau de sofisticação que permitem a reconstrução de alguns ambientes passados e das inter- relações entre os vários organismos que os habitaram. A maioria dos ambientes fósseis está na água, apesar de ambientes em terras baixas poderem, sob certa condições, ser preservados. Já a preservação de ambientes montanhosos é extremamente rara. E há, ainda, tantos problemas de natureza temporal para resolver, que é impossível definir se os organismos viveram juntos e, de fato, morreram juntos, ou se simplesmente tiveram seus restos mortais misturados, muito depois de sua morte. Para compreender todos estes fatores, os cientistas fizeram estudos detalhados sobre as relações ecológicas entre os organismos vivos e seus meios ambientes. Ao longo dos 170 anos transcorridos desde as primeiras tentativas de reconstrução de cenários antigos, aprendeu-se muito sobre a ocorrência da morte no mundo natural, o que acontece com os resíduos de plantas e de animais após a morte, como esses resíduos se podem perder ou ser incorporados aos registros nas rochas e o que acontece com eles após serem enterrados, durante os processos de fossilização. Há algumas situações que tendem a preservar restos orgânicos particularmente bem. Para que o formato do corpo e os tecidos moles sejam preservados, é necessário o rápido sepultamento em meio mumificante, como ar frio e seco, gelo, âmbar ou sal, mas, segundo o registro geológico, isto raramente acontece. Processos de soterramento natural catastrófico e quase instantâneo podem enterrar uma vasta gama de organismos que viveram e morreram juntos. Estas circunstâncias são conhecidas como cenários de Pompeia, numa referência à erupção vulcânica que engoliu a cidade romana em 79 d. C., preservando muito da sua estrutura, artefatos e alguns de seus habitantes. Erupções vulcânicas, avalanches de sedimentos, tempestades de Evolução 56 areia e inundações são catástrofes comuns, tanto em terra quanto na água. Podem soterrar as comunidades existentes e preservar grande parte de suas formas de vida. E, se o ambiente post-mortem tiver baixo teor de oxigênio – como, por exemplo, os sedimentos finos do fundo de um lago – poderá até ocorrer a preservação de alguns tecidos moles. A maioria dos ambientes fossilíferos marinhos estava em águas de pouca profundidade e lagoas, e os terrestres em lagos e depósitos fluviais. Portanto, os ambientes efetivamente terrestres foram, em grande parte, reconstruídos a partir de informações indiretas, preservadas nos sedimentos da água e das rochas ao seu redor. 3.3. Evidências morfológicas Se os fósseis não existissem, seria extremamente difícil traçar o caminho seguido pela Evolução. Mesmo assim, ainda haveria muitas evidências para confirmar que a evolução realmente aconteceu. Estas evidências fazem parte do tecido que constitui os seres vivos e consistem em similaridades fundamentais e “peculiaridades” incomuns de forma ou comportamento, cuja possibilidade de terem surgido por acaso é extremamente improvável. Comparadas aos fósseis, esse tipo de evidência é fácil de ser compreendida, mas sua interpretação nem sempre é óbvia. Ao contrário de um projeto humano, a evolução nunca começa sobre uma prancha de desenho completamente em branco. Em vez disso, funciona com a modificação de organismos que já existem. Com o passar do tempo, novas mudanças se sobrepõem a outras mais antigas, mas padrões estabelecidos há muito tempo desaparecem lentamente. Se dois seres vivos compartilham um desses padrões, é grande a probabilidade de que tenham alguma relação e de que tenham herdado da mesma origem. Esses padrões compartilhados, ou homologias (Fig. 07), são evidências poderosas da mudança evolutiva. Um exemplo extraordinário – estudado por Charles Darwin – envolve o padrão dos ossos dos membros dos mamíferos. Em todo o mundo vivo, as homologias estão sempre emergindo, unindo espécies que frequentemente tem estilos de vida bastante diferentes. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 57 Sem a evolução, o mundo natural seria estático, e os seres vivos teriam no passado o mesmo estilo de vida que têm hoje. Mas muitas espécies carregam os sinais de estilos de vida anteriores, na forma de partes do corpo que não têm mais nenhuma utilidade. Esses sinais são chamados “órgãos vestigiais” e incluem uma série de estruturas desnecessárias, tais como os olhos dos peixes que vivem em cavernas e os ossos rudimentares dos membros traseiros de algumas cobras e baleias. No caso do ser humano inclui o apêndice cecal, que já desempenhou um papel importante no processo digestivo. A evolução também explica algumas esquisitices anatômicas que parecem simples erro de projeto. O sistema nervoso da girafa é uma delas. Como todos os vertebrados, a girafa tem alguns nervos que vão do cérebro até o peito e depois voltam para a laringe. Esse caminho de ida e volta foi herdado dos peixes, que não tem pescoço. Nos peixes ele fazia sentido, mas na girafa envolve um grande desperdício de nervação. Fig. 07. Ilustração comparando patas de mamíferos. Percebe-se que os ossos são semelhantes, mas possuem tamanhos e funções diferentes. Fonte:www.anatologia. blogspot.com. Evolução 58 As sobras evolutivas carregadas por organismos vivos incluem características físicas, processos internos e aspectos de comportamento. Por exemplo, os bebês humanos mostram um poderoso reflexo de preensão. Isso certamente remonta à época em que nossos ancestrais recém-nascidos se agarravam à mãe segurando-lhe o pelo. 3.3.1. Reflexo da homologia: a semelhança de processos metabólicos Comparações da sequência genética de organismos revelou que os organismos que são filogenicamente mais próximos tem um grau maior de similaridades em sua sequência genética do que organismos que estão mais filogenicamente distantes. Evidências adicionais da descendência em comum vem de “detritos” genéticos como os pseudogenes, regiões do DNA que são ortólogas à um gene em um organismo aparentado, mas não são mais ativos e aparentam passar por um constante processo de degeneração. Já que processos metabólicos não deixam fósseis, pesquisas evolutivas sobre os básicos processos biológicos são também feitas na sua maior parte com a comparação de organismos existentes. Muitas linhagens divergem em um diferente estágio de desenvolvimento, então é teoricamente possível determinar quando certos processos metabólicos surgiram realizando uma comparação dos traços de um descendente de um ancestral em comum. 3.4. Evidências embriológicas Embora existam fortes diferenças entre seres de espécies distintas, grupos filogeneticamente mais próximos (como os vertebrados, por exemplo), exibem embriões muito parecidos, especialmente nas fases iniciais do desenvolvimento. Isto termina constituindo prova de que organismos diferentes descendem de ancestralcomum. As principais evidências embriológicas foram demonstradas por Ernst Haeckel, biólogo alemão que criou a Lei da Biogenética ou Lei da Recapitulação, conhecida por ser resumida a partir da expressão: a ontogenia recapitula a filogenia. Em outras palavras, as fases do desenvolvimento FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 59 embrionário (ontogenia) recapitula ou repete (em escala diferente) as fases de desenvolvimento das relações de parentesco entre os seres (filogenia). Atividades de aprendizagem 31) Considere as seguintes características: I – mesma função; II – ancestral comum; III – estrutura similar. Órgãos homólogos apresentam as características a) I apenas. b) I e II apenas. c) I e III apenas. d) II e III apenas. e) I, II e III. 32) É órgão vestigial do aparelho digestivo humano: a) Parótida. b) Apêndice cecal. c) Duodeno. d) Vesícula biliar. 33) A explicação mais lógica para as semelhanças estruturais entre seres vivos com aspectos e modos de vida diferentes, como um cachorro e um homem, é que a) Eles descendem de ancestrais diferentes, mas que tenham alguma semelhança. b) Eles descendem de um ancestral comum, que tinha um plano de organização geral diferente do apresentado por todos eles. Evolução 60 c) Eles descendem de ancestrais comuns que exploravam ambientes diferentes. d) Eles descendem de ancestrais diferentes que exploravam ambientes semelhantes. e) Eles descendem de um ancestral comum, que tinha um plano de organização geral semelhante ao apresentado por todos eles. 34) Evolução é um processo biológico apresentado por um (uma): a) célula. d) organismo. b) tecido. e) população. c) órgão. 35) Dentre as evidências da evolução biológica estão aquelas fornecidas pelo estudo da anatomia comparada, que trouxe os conceitos de órgãos ou estruturas homólogas e órgãos ou estruturas análogas. Assinale a alternativa que mostra um exemplo de estruturas análogas, ou seja, estruturas que evoluíram independentemente e resultaram de adaptações funcionais às mesmas condições ambientais. a) Os braços humanos e as asas das aves. b) O apêndice cecal do intestino humano e o do intestino dos coelhos. c) As asas das aves e as asas dos insetos. d) As nadadeiras das baleias e as asas dos morcegos. e) As patas dos vertebrados quadrúpedes e os braços humanos. 36) Apêndice, o defensor sem função Para que, exatamente, serve o apêndice? A resposta não está clara até hoje, nem mesmo para os médicos e cientistas. Embora a sua função de produzir células de defesa do organismo contra agressões de bactérias e vírus tenha ficado comprovada, ele não é, certamente, indispensável, pois diversos outros órgãos produzem estas mesmas células. Há quem FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 61 diga que, hoje, ele só serve para inflamar e provocar a necessidade de uma cirurgia de emergência. (Globo Ciência. n. 89.) Na espécie humana, o apêndice vermiforme é bastante reduzido, considerado órgão vestigial, enquanto que em alguns mamíferos herbívoros, como o coelho, aparece bem desenvolvido, abrigando microrganismos mutualísticos que promovem a digestão da celulose. Sob o aspecto evolutivo, os órgãos vestigiais revelam: a) a possibilidade de se conhecer organismos que viveram na Terra em tempos remotos. b) a existência de um parentesco evolutivo entre as espécies consideradas. c) o princípio da imutabilidade das espécies. d) o desenvolvimento de grande variação genética dentro de uma mesma espécie. e) a origem embrionária diferente nos organismos, porém com a mesma função. 37) São numerosas as evidências de que o fenômeno evolutivo é uma realidade incontestável. Sobre essas evidências, julgue as proposições. ( ) Semelhanças entre embriões de espécies diferentes nos estágios iniciais de desenvolvimento não podem ser usadas como prova de evolução. ( ) Órgãos homólogos são aqueles que, em animais diversos, podem ter aspecto, nome e função diferentes, mas, internamente, apresentam a mesma estrutura e a mesma formação embrionária. ( ) Isótopos radioativos, como o Carbono 14 e o Urânio 238, permitem avaliar a idade de um fóssil sendo, portanto, instrumentos utilizados no estudo da evolução. ( ) Órgãos análogos constituem provas anatômicas da evolução. Evolução 62 38)“O meio ambiente cria a necessidade de uma determinada estrutura em um organismo. Este se esforça para responder a essa necessidade. Como resposta a esse esforço, há uma modificação na estrutura do organismo. Tal modificação é transmitida aos descendentes.” O texto sintetiza as principais idéias relacionadas ao a) fixismo. d) criacionismo. b) darwinismo. e) lamarckismo. c) mendelismo. 39) Todas as formas de vida descendem de um ancestral comum através de uma ramificação de linhagens. Omundo vivo não é constante, ao contrário, está sempre em mudança, ou seja, as propriedades dos organismossofrem transformações ao longo das gerações através do tempo. As variedades que se tornammais aptas poderão explorar melhor o ambiente, sobreviverão, e seus caracteres serão transmitidos aosdescendentes. O texto refere-se ao: a) lamarckismo. d) mendelismo. b) criacionismo. e) darwinismo. c) fixismo. 40) Qual a explicação de Darwin sobre a existência de órgãos vestigiais (como o apêndice no homem)? a) Os órgãos vestigiais originalmente eram funcionais, porém, com o desuso, tornaram-se sem função. b) Os órgãos vestigiais evoluíram originalmente, porque foram favorecidos pela seleção, porém agora nãotêm uso e estão fadados a desaparecer. c) Os órgãos vestigiais, apesar de terem função reduzida, são mantidos porque são úteis ao organismo. d) Os órgãos vestigiais existem, apesar de terem função reduzida, são mantidos porque podem voltar aoestado original de alta funcionalidade ao enfrentarem determinada pressão ambiental. e) Os órgãos vestigiais sempre existiram da mesma forma como se apresentam, devido à ausência depressões seletivas. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 63 41)As figuras abaixo esquematizam um tubarão e uma baleia, animais que apresentam convergências evolutivas relacionadas aoambiente aquático. Com base nesses dados é correto afirmar que a) as pressões ambientais sobre estes dois táxons de Vertebrata são diferentes, gerando padrões anatômicos diferentes. b)) os movimentos natatórios são regulados por nadadeiras ímpares e pares e o corpo fusiforme facilita o deslocamento naágua. c) os movimentos impulsores são realizados pela musculatura da cauda e a ausência de pêlos relaciona-se à endotermia nomeio aquático. d) os movimentos natatórios dos elasmobrânquios são facilitados por amplos movimentos laterais entre as vértebras,enquanto os dos cetáceos são semelhantes aos dos Mammalia terrestres. e) a convergência da forma do corpo e a presença de membros pares com a forma de remos devem-se à necessidade demanter a temperatura interna. 42)A evolução biológica pode ser entendida como oconjunto de mudanças cumulativas que ocorrem aolongo do tempo e que se relacionam com as formasde adaptação dos seres vivos ao ambiente. Comrelação a este assunto, analise as proposiçõesabaixo. ( ) Por mais diferenciados que sejam osambientes, sempre existem os mesmos fatoresde seleção natural; o que justifica a ocorrênciade irradiação adaptativa durante a evolução. ( ) Dois animais de ancestralidades diferentes, queapresentam estruturas adaptadas a umamesma função, evidenciam um caso dehomologia, o qual conduz à convergênciaadaptativa. Evolução 64 ( ) Rãs, crocodilos e hipopótamos, emboradescendam de ancestrais diferentes,desenvolveram comportamentos similares epodemmanter os olhos e as narinas alinhados,rente à superfície da água. Representam umcaso de homologia adaptativa. ( ) A asa da abelha é desprovida de estruturasósseas internas, diferentemente das asas domorcego; ambas, adaptadas ao voo. Como sãoanimais de ancestralidades diferentes,constituem um exemplo de analogia adaptativa. ( ) A semelhança entre a estrutura interna da asado morcego e a do membro superior humano,mamíferos que descendem de um ancestralcomum, evidencia um caso de homologiaadaptativa. 43) Para comprovação da teoria da evolução, várias dasevidências descritas na literatura relacionam estruturaanatômica e celular dos seres vivos, provas embriológicas,bioquímicas e cromossômicas e ainda análises e provaszoogeográficas. De fato, é inegável que, muitas vezes, espéciesdiferentes possuam estruturas com grandes semelhanças. Nesse sentido, analise as afirmativas abaixo: ( ) Voar, nadar, cavar e manusear foram característicasevolutivas desenvolvidas a partir da modificação deossos dos membros superiores ou anteriores. ( ) Por meio da análise dos processos evolutivos sofridospelo sistema circulatório dos vertebrados, constatou-se que as aves e os mamíferos desenvolveramo coração com quatro cavidades, sem mistura de sanguearterial e venoso. ( ) Provas embriológicas evidenciam não só que o desenvolvimentofetal dos humanos é uma recapitulaçãodas formas de outros vertebrados, mas tambémque estruturas corpóreas se modificaram para atendera novas funções. ( ) A ocorrência de hemácias anucleadas nos peixes enucleadas nos mamíferos pode ser explicada pela necessidadede aumento da superfície de contato com osvasos linfáticos e maior troca gasosa com os tecidos. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 65 GABARITO: 31) D; 32) B; 33) E; 34) E; 35) C; 36) B; 37) E-E-C-C; 38) E; 39) E; 40) E; 41) B; 42) FFFVV; 43) FVFF. Atividade Complementar Agora é preciso discutir o assunto estudado nesta Unidade e ajustá- lo em relação à sua realidade, tendo em vista que se trata de tema polêmico e que pode ter interferido nas suas crenças religiosas, inclusive. Que tal começarmos um fórum de discussão sobre o assunto na plataforma? O tema para o Fórum é: A Ciência e a Religião devem ser confundidas? Ou, podem andar juntas, cada uma na sua própria via? Vamos discutir??? Para finalizar... Nesta unidade, vimos os primórdios de como a vida deu início e de como se modificou ao longo do tempo. Além disso, percebemos as mudanças no conhecimento sobre este assunto e toda a polêmica que o envolve. Vamos ver como está o seu poder de síntese? Escreva um texto livre de até duas laudas falando do que estudamos. Procure deixar o mais claro possível, sendo fiel às leituras que fez. Bom trabalho! Resumo Nesta unidade, foram estudados alguns princípios básicos da ciência Evolução. Tratamos brevemente sobre a Origem da Vida e entramos em histórico da Evolução para permitir a contextualização do assunto principal e algumas relações com o momento histórico. A unidade finaliza com o elenco das evidências da Evolução. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 67 UNIDADE 2 EVOLUÇÃO EM TEORIAS OBJETIVOS • Distinguir as principais correntes que explicam o mecanismo da evolução. • Compreender porque as teorias de Lamarck e Darwin não são aceitas atualmente. • Entender a relação entre a Evolução, a Genética e a Ecologia na integração da chamada Teoria Sintética da Evolução. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 69 II)Evolução em Teorias 1) Teorias da evolução Desde os primórdios existem dúvidas relativas ao processo de origem dos seres vivos e como estes seres evoluíram. Sempre prevaleceu a ideia de que um ser supremo seria o autor do processo de elaboração, colocando tudo num plano de inteligência absoluta, tendo em vista a organização de todos os seres vivos, como foi visto na unidade anterior. Assim, podemos ressaltar que o Criacionismo foi a primeira vertente de explicações, mas ligada a princípios religiosos, endossada pelas palavras da Bíblia Sagrada, “enciclopédia” dos defensores das ideias criacionistas. A opção pela criação divina foi a única vertente de explicação da origem e diversidade dos seres por vários séculos. Uma verdade absolutamente inquestionável. Outra vertente de opiniões convergentes ficou conhecida como Fixismo. O fixismo na geologia sustenta que os continentes teriam se mantido estáveis e fixos em seus lugares atuais através de toda história geológica. Essa corrente de pensamento antecede historicamente a teoria proposta por Alfred Wegener em 1912, da deriva continental, que propõe que os continentes tenham se movido ao longo das eras. Atualmente a deriva continental é aceita na forma da teoria da tectônica de placas, mas o fixismo geológico persistiu sendo defendido por um considerável tempo até que o acúmulo de evidências eventualmente favoreceu a aceitação científica da deriva continental. Estas ideias foram fortalecidas pela quase exclusividade de estudos desenvolvidos com plantas e animais encontrados no Continente Europeu, o que mudou com o espalhamento de naturalistas pelos demais continentes. Karl Von Linné foi o primeiro cientista a abordar uma visão mais científica para o processo de classificação dos seres vivos, enfocando seu caráter mais natural e menos sobrenatural (a vida criada por um sopro divino). Mas o fez de modo muito sutil, quando classificou o homem (até então somente “a imagem e semelhança do Criador”) como um mamífero da Ordem dos Primatas, a mesma onde também agrupou os macacos. Evolução 70 A fim de dar suporte aos seus estudos, faremos uma breve exposição sobre as principais teorias evolutivas. 1.1. Lamarckismo Os trabalhos do cientista francês Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet(Fig. 8) são conhecidos sob esta denominação. Jean Baptiste foi um naturalista que viveu no século XVIII. Antes de entrar para as ciências foi militar condecorado pelos seus esforços no campo de batalha, o que lhe valeu o título de “Cavaleiro de Lamarck”, como se notabilizou. Na área científica, Lamarck iniciou estudos sobre animais escrevendo tratados descritivos sobre insetos. Mas a sua grande contribuição foi ter sugerido um mecanismo de evolução para os seres vivos que teve como escopo a necessidade adaptativa dos seres em relação ao ambiente no qual estavam inseridos. Lamarck propôs no seu livro PhilosophieZoologiquea existência de duas leis básicas que explicavam o processo de evolução dos seres: Lei do Uso e Desuso e a Lei da Transmissão dos Caracteres Adquiridos (pelo uso ou desuso). Lei do Uso e Desuso – órgãos muito utilizados tendem à Hipertrofia (crescimento); órgãos pouco usados tendem a Atrofia (diminuição e desaparecimento). Há nesta lei algum fundamento (provavelmente algumas observações de Lamarck o conduziram a esta ideia): músculos estriados esqueléticos ao serem exercitados aumentam o volume de suas fibras, enquanto, do contrário, diminuem soberbamente o volume e atrofiam. Entretanto, quase nenhum outro tecido tem as mesmas propriedades. O que inviabilizaria a ideia de que órgãos com uma pluralidade de tecidos pudessem ter seu desenvolvimento condicionado ao uso. Fig. 8 – Lamarck.(Fonte: victorianweb. org) FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 71 Lei da Transmissão dos Caracteres Adquiridos – defende que todo órgão que se desenvolvesse pelo uso em um ser vivo, seria repassado aos seus descendentes. Assim como os perdidos ou reduzidos pelo desuso, também seguiriam o mesmo destino. O conhecimento da genética e dos conceitos relativos a genótipo e fenótipo, desmistificaram totalmente estas ideias. Alguns exemplos citados por Lamarck para reforçar suas ideias:1) As aves aquáticas teriam se tornado pernaltas devido ao esforço para esticar as pernas para andar na água, sem molhar as penas. 2) Os ancestrais das cobras teriam tido pernas, que num dado momento passaram a atrapalhar o deslocamento do animal por lugares apertados. Com o desuso as pernas desapareceram e o corpo das cobras passou a não ter apêndices. 3) As girafas, vivendo em uma área de solo seco e quase sem capim, teriam como alimento folhas de árvores de grande porte e de tanto esticarem o pescoço para pegar as folhas, este cresceria e esta característica seria transmitida aos descendentes. August Weissmann realizou um simples experimento com camundongos (decepando suas caudas e colocando-os para cruzarem analisou 20 gerações e as caudas não reduziam de comprimento) e com isto enterrou as ideias de Lamarck. Atividades 01) Considere as seguintes afirmações: I – Nos animais, uma estrutura pode desenvolver-se ou atrofiar-se como resultado de seu uso ou desuso; II – As modificações adquiridas são herdadas pelos descendentes; III - O ambiente determina a seleção natural. A teoria de Lamarck, para explicar a evolução, considerava a) Apenas I correta. b) Apenas II correta. c) Apenas III correta. d) I e II corretas. e) II e III corretas. Evolução 72 02)No início do século XIX, Jean Baptiste Lamarck propôs a primeira teoria científica sobre a evolução. Em relação a esta teoria, é correto afirmar que: I – ela não considerava a importância da adaptação dos seres vivos ao meio ambiente. II - Baseava-se em duas leis: a do “uso e desuso” e a da “herança dos caracteres adquiridos”. III – Considerava a deriva genética como principal norteadora do processo evolutivo. Assinale a alternativa CORRETA. a) Todas as afirmativas estão corretas. b) Somente a afirmativa II está correta. c) Todas as afirmativas estão erradas. d) Somente as afirmativas II e III estão corretas. e) Somente a afirmativa I está correta. 03) Segundo a teoria evolucionista de Lamarck, conhecida pelo nome de Lei do Uso e do Desuso, as girafas primitivas tinham pescoço curto e, ao se esforçarem esticando-o, este sofria um pequeno alongamento a cada geração e o somatório desses alongamentos redundou no pescoço longo das girafas atuais. A teoria Lamarckista baseava-se, sobretudo, em dois pontos fundamentais, que são: (01) os indivíduos de uma mesma espécie não são todos exatamente iguais entre si. (02) os sobreviventes de cada espécie são sempre os mais capazes, havendo então uma seleção natural dos mais aptos. (04) os indivíduos desenvolvem uma luta pela vida, pois, enquanto as populações crescem em progressão geométrica, os recursos para a subsistência crescem em progressão aritmética. (08) nos indivíduos de uma espécie aparecem variações de forma brusca e em consequência de alterações do material genético, transmitidos dos pais para os filhos, através dos gametas. (16) as espécies evoluem como consequência de alterações estruturais FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 73 ocorridas em seus órgãos, devido ao uso excessivo ou ao desuso. (32) as alterações estruturais dos órgãos, adquiridas pelas espécies durante sua vida e por influência ambiental, são transmitidas hereditariamente e assim se perpetuam ao longo das gerações. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 04) No estudo da evolução dos seres vivos, destacaram-se eminentes naturalistas tais como Lamarck, Darwin, Weissman e outros. Assinale, nas alternativas abaixo, o conceito que exprime a ideia básica da teoria evolucionista de Lamarck: a) Por impulsos internos, a evolução biológica avança em uma determinada direção. b) A formação de um novo órgão é resultante de uma nova exigência funcional e tudo o que for adquirido por influência do ambiente é transmitido às gerações futuras. c) As condições ambientais, a seleção natural e todos os fatores de ordem externa e interna se limitam a oferecer aos seres vivos as oportunidades para evoluírem. d) A mutação é a principal causa da evolução. e) A seleção natural não exerce influência sobre a evolução das espécies. 05) Leia o trecho a seguir: “Devido ao grande potencial reprodutivo dos seres vivos, as populações naturais de todas as espécies tendem a crescer rapidamente. Entretanto, o tamanho das populações naturais mantém-se relativamente constante ao longo do tempo, pois, a cada geração, morre um grande número de indivíduos e muitos não deixam descendentes. Disso se pode concluir que a maior parte das características de uma geração é herdada dos genitores, e os indivíduos que sobrevivem e se reproduzem possuem características adaptadas às condições ambientais”. Essa conclusão resume: a) as ideias evolucionistas de Lamarck. b) a teoria criacionista. c) o conceito darwinista de seleção natural. Evolução 74 d) o conceito malthusiano. e) o fixismo. GABARITO: 01) D; 02) B; 03) 16 + 32 = 48; 04) B; 05) C. 1.2. Explicando a variedade –o Darwinismo No século XVIII, quando a abundância e a diversidade da vida na Terra se tornaram evidentes, em grande parte como decorrência do período de colonização europeia e do “iluminismo científico” que se seguiu, os naturalistas tentaram organizar essa profusão de formas de vida mediante o agrupamento de organismos similares, segundo diversos esquemas de classificação. Mais ou menos na mesma época, a crescente conscientização sobre a existência do registro fóssil deixou claro que a vida tem uma história de constantes mudanças – mudanças que exigiam explicação. Uma possibilidade (conhecida como “descendência com modificação”) era a de que as espécies se modificassem ao longo do tempo, de tal forma que as plantas e animais atuais fossem descendentes diretos dos encontrados no registro fóssil. Como vimos, um dos primeiros defensores desta ideia “evolucionista”, por volta de 1800, foi o biólogo francês Jean-Baptiste Lamarck. Entretanto, somente na metade do século XIX surgiu uma teoria convincente para explicar essas transformações biológicas. Dois naturalistas britânicos, Charles Darwin (Fig. 09) e Alfred Russell Wallace, chegaram independentemente à mesma abordagem do problema, que foi publicada, em 1858, em artigo intitulado “Sobre a Tendência das Espécies de formarem Variedades; e sobre a Perpetuação das Variedades e Espécies por Meios Naturais de Seleção”. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 75 Enquanto Wallace chegou ao mecanismo da evolução por mero acaso, em 1850, Darwin, na verdade, vinha desenvolvendo suas teorias desde 1837, logo após seu retorno da grande expedição a bordo do Beagle. Estava, portanto, em melhor posição do que Wallace para aprofundar a teoria inicial de ambos e, em 1859, publicou o hoje famoso Origem das Espécies por meio de Seleção Natural, ou da Preservação das Raças Mais Favorecidas na Luta pela Vida. Charles Robert Darwin empreendeu, aos 22 anos, uma viagem em torno da Terra que durou cinco anos. Visitou locais, cuja natureza, se mostrava exuberante, colecionando plantas, animais e amostras minerais. Dentre os locais que visitou e que chamaram sua atenção estavam o Brasil (ficou encantado com a biodiversidade, entretanto saiu com uma impressão ruim devido aos horrores da escravidão, ainda praticada no nosso país no século XIX), Patagônia e Terra do Fogo (Argentina) e o Arquipélago de Galápagos (Equador), considerado o seu grande laboratório. Darwin recebeu a influência de vários pensadores da época. Destacaram-se Charles Lyell (geólogo inglês que fez uma série de descobertas a respeito da sobreposição das camadas de solo) e Thomas Malthus (economista inglês que gerou teses importantes sobre o crescimento populacional e a disponibilidade de alimentos). Sua ideia se materializou na síntese de todas as informações coletadasdurante sua viagem e na correspondência que trocou com outros naturalistas ao longo do tempo. Entre seus interlocutores destacaram-se Alfred Russell Wallace (naturalista inglês considerado co-autor da teoria da Seleção Natural) e Fritz Miller (naturalista alemão radicado no Brasil, um dos primeiros cientistas a formalizar apoio a teoria da Seleção Natural). 1.2.1. A Seleção Natural, segundo Darwin e Wallace Para Darwin, a causa fundamental das mudanças registradas ao longo da história da vida era a “seleção natural” de variações benéficas, que ocorriam na descendência de forma espontânea e aleatória. Em 1838, ele concluiu que a interação entre essas variações e as mudanças ambientais produzia uma instabilidade constante na Natureza, e “as formas Evolução 76 mais favorecidas dominavam e formavam novas espécies”. Seleção natural é um processo da evolução proposto por Charles Darwin e aceito pela maior parte da comunidade científica como a melhor explicação para a adaptação e especialização dos seres vivos como evidenciado pelo registro fóssil. O conceito básico de seleção natural diz que características favoráveis que são hereditárias tornam-se mais comuns em gerações sucessivas de uma população de organismos que se reproduzem, já as características desfavoráveis que são hereditárias tornam-se menos comuns, eliminada por fatores ambientais. A seleção natural age no fenótipo, ou nas características observáveis de um organismo, de tal forma que indivíduos com fenótipos favoráveis têm mais chances de sobreviver e reproduzir-se do que aqueles com fenótipos menos favoráveis. Se esses fenótipos apresentam uma base genética, então o genótipo associado com o fenótipo favorável terá sua frequência aumentada na geração seguinte. Com o passar do tempo, esse processo pode resultar em adaptações que especializarão organismos em nichos ecológicos particulares e pode eventualmente resultar na emergência de novas espécies. A seleção natural não distingue entre seleção ecológica e seleção sexual, na medida em que ela se refere às características, por exemplo, destreza de movimento, nas quais ambas podem atuar simultaneamente. Se uma variação específica torna o descendente que a manifesta mais apto à sobrevivência e à reprodução bem sucedida, esse descendente e sua prole terão mais chances de sobreviver do que os descendentes sem essa variação. As características originais, bem como as variações que são FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 77 inadequadas dentro do ponto de vista da adaptação, deverão desaparecer conforme os descendentes que as possuem sejam substituídos pelos parentes mais bem sucedidos. Deste modo, certas caraterísticas são preservadas devido à vantagem seletiva que conferem a seus portadores, permitindo que um indivíduo deixe mais descendentes que os indivíduos sem essas características. Eventualmente, através de várias interações desses processos, os organismos podem desenvolver características adaptativas mais e mais complexas. Como Darwin bem sabia, os indivíduos produzem descendentes similares a si próprios, e em maior número do que os que sobrevivem, para que venham a se reproduzir. Indivíduos de uma determinada população variam entre si, e muitas dessas variações são hereditárias, transmitidas como novas características genéticas, conhecidas como mutações, que surgiram espontaneamente durante a reprodução. Mas, como a porção habitável do planeta é finita, espaço e recursos são disputados tanto por populações diferentes quanto por membros de uma mesma população. Indivíduos com características mais “favoráveis” tendem a superar os outros e transmitem esses caracteres a seus descendentes que, por sua vez, serão mais bem sucedidos do que outros. Além disso, como o meio ambiente varia no tempo e no espaço, as características hereditárias adequadas são “selecionadas” especialmente para um determinado ambiente. Desta forma, populações e ambientes diferentes divergem entre si e cada uma se torna progressivamente melhor adaptada a suas condições ambientais específicas. Este processo de divergência produziu, ao longo do tempo geológico, toda diversidade da vida encontrada na Terra. Desde sua publicação, a teoria de Darwin vem unificando e direcionando nosso entendimento sobre a biologia e a história da vida. Em 1866, o padre austríaco Gregor Mendel revelou os resultados das experiências revolucionárias que lançaram as bases da genética moderna. Em 1953, os cientistas Francis Crick e James Watson, de Cambridge, produziram o primeiro modelo preciso de DNA, a molécula responsável Evolução 78 pela transmissão das características genéticas e pela própria evolução. Hoje, a teoria de Darwin é confirmada por uma infinidade de evidências no campo das ciências biológicas, sobretudo nas áreas da genética e da paleontologia. SAIBA MAIS Darwin e sua dedicação à Ciência 1) Os primeiros passos de Darwin Nascido em Shropshire, Inglaterra, a 12 de fevereiro de 1809, Charles Darwin era o quinto dos seis filhos de um médico abastado. Contudo, foram os cinco anos de viagem e exploração a bordo do HMSBeagle que determinaram sua futura carreira e, com isso, nosso entendimento sobre o mundo natural. Os primeiros anos da vida de Darwin não foram o que se esperaria de um “herói” da ciência. Em criança, não demonstrava interesse por nenhum assunto em particular, não se destacava na escola nem tinha ideias definidas sobre o que gostaria de ser em sua vida adulta. Historia natural, cavalgadas e tiro ao alvo foram as principais paixões de sua juventude. Sua primeira escolha de uma carreira, o curso de medicina em Edimburgo, fracassou e ele voltou para casa, ao encontro de um pai decepcionado. Entretanto, em Edimburgo conheceu o naturalista em ascensão, Robert Grant, que o apresentou às ideias evolucionistas de Lamarck e também aos estudos sobre invertebrados marinhos, que seriam uma de suas paixões para o resto da vida (culminando, 1842, com a publicação do livro Estrutura e Distribuição dos Recifes de Corais). 2) A estada em Cambridge e o interesse por besouros Após o fracasso da medicina, Darwin escolheu a carreira comum a muitos dos jovens ingleses bem nascidos, no começo do século XIX: a Universidade de Cambridge, seguida por uma confortável vida rural, como clérigo da Igreja da Inglaterra. Em Cambridge, Darwin, como muitos de seus colegas, era famoso por se divertir e gastar mais do que sua mesada permitia. Mas também era conhecido por desaparecer em longas expedições pelos campos, para coletar besouros. História natural era um assunto que ele encarava com seriedade e foi incentivado em seus estudos pelo professor de Botânica, o Reverendo John Henslow – relacionamento que, mais tarde, seria valioso. Apesar de o curso formal da Universidade consistir no estudo dos clássicos, da teologia e da matemática, Darwin fazia questão de assistir às palestras de Henslow e de participar de suas “viagens de campo”, e logo ficou conhecido como “o homem que anda comHenslow”. Enquanto isso, a leitura do relato das viagens de Alexander Von Humboldt pela América do Sul deixou-o fascinado com a riqueza e diversidade, principalmente na região dos trópicos, da natureza daquele continente tão pouco explorado. 3) A viagem do Beagle Em 1831, a grande oportunidade da vida de Darwin veio ao seu encontro quando Henslow o recomendou ao capitão Robert Fitzroy, do HMS Beagle. Fitzroy FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 79 já tinha ido à América do Sul anteriormente e estava para voltar, para completar o levantamento topográfico da costa. Como fazia parte da elite da comunidade científica da época, Henslow tinha ouvido que Fitzroy, jovem aristocrata e oficial da marinha muito competente, estava procurandopor um companheiro de viagem de “origens” adequadas, que se interessasse por geologia e história natural. Apesar das objeções de seu pai, seu tio, JosiahWedgwood (da famosa dinastia da cerâmica inglesa) interveio a seu favor. Darwin foi entrevistado por Fitzroy que, a despeito de algumas dúvidas iniciais, decidiu levá-lo consigo. Darwin teve pouco tempo para se preparar para este novo papel como geólogo e naturalista, mas seus conhecidos em Cambridge providenciaram um curso intensivo em geologia, cortesia do Reverendo Adam Sedgwick, professor de geologia da Universidade. E assim, munido de martelo, pistola e muitos outros materiais de coleta, e uma pequena biblioteca que incluía o recém-publicado primeiro volume do Princípios da Geologia, de Charles Lyell (trabalho que apresentava magnificamente evidências da antiguidade da Terra e sustentava que “o presente é a chave do passado”), Darwin zarpou no dia 27 de dezembro de 1831, para uma viagem da qual só retornaria em 2 de outubro de 1836. A esta altura, a ambição de Darwin era deixar sua marca como geólogo e naturalista, e em carta para Henslow disse que “a geologia e os invertebrados serão meu principal foco durante toda viagem”. Mas, logo no início descobriu, para sua enorme frustração, que Humboldt e outros naturalistas que o haviam precedido já tinham, aparentemente, “descoberto tudo”. Mesmo assim, continuou suas coletas e, sempre que possível, enviava grande número de espécimes para Henslow, em Cambridge. Quando, por fim, recebeu a entusiástica resposta de Henslow sobre a novidade de algumas das espécies, começou a sentir-se mais confiante sobre construir uma carreira dedicada à história natural, ao invés de (como um amigo e colega comentou), “me tornar um caipira numa paróquia rural e mostrar às pessoas um caminho que desconheço – o do Paraíso”. Apesar da importância atribuída à expedição do Beagle na trajetória intelectual de Darwin, muito do que ele viu e coletou só foi assimilado mais tarde. Por exemplo, a importância potencial da variedade de espécies encontradas nas diversas ilhas do arquipélago de Galápagos não se tornou evidente para ele senão quando lhe foi apontada pelo ornitólogo John Gould, após a viagem. Outros fenômenos, como vulcões em atividade e abalos sísmicos, causaram impressão bem mais imediata no jovem e inexperiente geólogo-naturalista em formação. Havia, também, o problema constante de identificar a imensa quantidade de rochas, fósseis e organismos vivos coletados com os parcos recursos de que dispunha.Aos poucos, começou a questionar as verdades da época-viagem intelectual revelada nos diários e cadernos de anotações que passou a manter desde 1836. Os cadernos sobre as espécies começaram em 1837 e levaram à publicação de seu livro, A Origem das Espécies, em 1859. Já as anotações sobre humanos começaram em 1838, mas tiveram um período de gestação mais longo, até a publicação de A Origem do Homem e a Seleção Sexual, em 1871. Apesar da inspiração e da riqueza dos dados coletados em seus anos a bordo do Beagle, Darwin demorou muito para formular sua teoria e prepará-la para publicação. Entretanto, quando seu trabalho finalmente surgiu, teve profundo impacto no mundo da época. Evolução 80 Após os cinco anos de sua viagem ao redor do mundo, Darwin voltou à casa de sua família, em Shrewsbury, no dia 5 de outubro de 1836. No ano seguinte mudou-se para Londres, distribuiu os espécimes coletados por especialistas e, em 1838, foi nomeado Secretário da Sociedade Geológica de Londres, uma das mais dinâmicas sociedades científicas da época. Publicou a primeira edição de seu “Diário de Pesquisas”, casou-se com sua prima, Emma Wedgwood, em janeiro de 1839 e nesse mesmo ano nasceu seu primeiro filho. O jovem naturalista transformou-se, rapidamente, em pai de família e membro da elite intelectual londrina, que se destacava mundialmente nas novas ciências em desenvolvimento, como geologia, zoologia e botânica. Entre 1842 e 1846 Darwin se via, principalmente, como geólogo, e publicou livros sobre recifes de corais, ilhas vulcânicas e observações geológicas da América do Sul. 4) Desenvolvendo a teoria Mas, enquanto isso, Darwin também desenvolvia suas próprias ideias sobre a transmutação das espécies, evolução biológica e as implicações destes conceitos para a humanidade. Em 1839 escreveu para Henslow, seu mentor em Cambridge: “Persisto na coleta de todos os fatos que possam explicar a origem e a variação das espécies”. Também começou a receber informações importantes sobre seus espécimes de especialistas como o ornitólogo John Gould, que o alertou para o fato de os tentilhões de Galápagos serem espécies distintas, mas estreitamente relacionadas. Darwin estudou o cruzamento e seleção artificial de animais domesticados e aprendeu sobre espécies, tempo e registro fóssil com o anatomista Richard Owen, que em 1842 “inventou” os dinossauros como categorias separadas de répteis. Ainda em 1842, as teorias evolucionistas de Darwin já estavam suficientemente avançadas para que pudesse produzir um esboço de 35 páginas e, em 1844, uma síntese com 250 páginas, cuja cópia enviou, em 1847, para o botânico John Hooker. Este amigo fiel era adepto da sua teoria e foi um dos primeiros convertidos ao “evolucionismo de Darwin”. Na década de 1850, o séquito de Darwin passou a incluir o jovem zoólogo Thomas Henry Huxley (1825-1895). Entre 1851 e 1854 foram publicados os resultados de oitos anos de estudos sobre cracas, tanto vivas quanto fósseis. Este trabalho o credenciou como zoólogo de grande competência. Esta pesquisa ainda ajudou-o a desenvolver o princípio da divergência na especiação, que é mais ativa quando enfrenta acirrada competição por recursos limitados. Em outras palavras, Darwin compreendeu que a competição é uma constante na natureza e, como sempre há alguma variação dentro das populações, o resultado é a seleção natural das “adaptações” mais adequadas às condições do ambiente. O isolamento geográfico era apenas uma das muitas condições possíveis que levavam à especiação, e as pressões ecológicas tinham importância igual, ou até mesmo superior. Em 1855, Darwin leu um trabalho de Alfred Russel Wallace, jovem naturalista que trabalhava no sudeste da Ásia e defendia que novas espécies tendiam a surgir em territórios já ocupados por espécies a elas relacionadas. A esta altura, Darwin estava sendo pressionado pelos amigos para que publicasse sua teoria antes que surgisse alguém com outra similar. Já havia completado dez capítulos de um trabalho em dois volumes, intitulado Seleção Natural, quando, em junho de 1858, a chegada de um novo manuscrito de Wallace caiu como FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 81 Atividades 01) Certas infecções hospitalares podem ser de difícil combate por meio de antibióticos comuns. Esse fato deve-se à a) Indução nas bactérias de resistência aos antibióticos. b) Convivência de portadores de diversos tipos de infecções. c) Seleção de linhagens de bactérias resistentes aos antibióticos. d) Rejeição dos antibióticos pelo organismo humano. e) Tendência da bactéria a se habituar aos antibióticos. 02)“... a natureza fornece as variações sucessivas, o homem as acumula em certos sentidos que lhes são úteis. Assim sendo, pode-se dizer que o homem criou, para seu proveito, raças úteis”. uma bomba sobre Darwin – nele, Wallace esboçava sua teoria, segundo a qual determinadas variedades de espécies poderiam ser perpetuadas por processos de seleção natural.Para consternação de Darwin, Wallace havia chegado, sozinho, a um dos aspectos-chave de sua teoria evolucionista. Por sorte, os amigos de Darwin conseguiram uma publicação conjunta pela Sociedade Lineana, garantindo o reconhecimento da anterioridade da teoria de Darwin. Apesar de os trabalhos publicados pela SociedadeLineana serem pouco prestigiados pela comunidade cientifica, o surgimento de Wallace como concorrente no campo da teoria evolucionista levou Darwin a acelerar o seu trabalho. Em julho de 1858 começou a trabalhar num “resumo” de suas ideias, que ficou com um tamanho de um livro, em vez do trabalho mais longo que havia planejado. Em maio de 1859 já estava fazendo a revisão das provas e a 24 de novembro foi publicado o A Origem das Espécies por Meio de Seleção Natural: ou da Preservação das Raças Mais Favorecidas na Luta pela Vida, com 500 páginas. A primeira edição, com 1.250 exemplares, esgotou-se no primeiro dia. Darwin já previa que seu livro seria recebido com hostilidade, devido às críticas feitas às teorias evolucionistas do Vestígios da História Natural da Criação, livro anônimo publicado em 1844. Por isso, evitou, deliberadamente, tocar no controvertido tópico da evolução humana, dizendo apenas que “Serão esclarecidas as origens do homem e sua história”. Entretanto, como ele também afirmava que “todos os organismos que viveram na Terra descendiam de alguma forma primordial, na qual a vida se manifestou pela primeira vez”, os seus leitores chegavam, facilmente, a suas próprias conclusões. Somente em 1871, após travar e vencer as batalhas iniciais, Darwin esboçou suas teorias sobre as origens do homem e a importância da competição sexual em todas as histórias de evolução. Evolução 82 Sobre o trecho acima, retirado do livro A Origem das Espécies, de Charles Darwin, pode-se dizer que: a) Caracteriza a seleção artificial. b) Expressa o conceito de herança dos caracteres adquiridos. c) Constitui a base da teoria fixista. d) Refere-se a seleção natural. e) Refere-se ao surgimento das várias raças humanas. 03) Considere o texto abaixo: “A teoria ............... afirma que os seres vivos não se alteraram, desde que foram criados por inspiração divina. Esta teoria tem sofrido fortes abalos desde a divulgação da teoria de dois naturalistas, ......................... e ........................... e da publicação do livro ........................, de autoria de Darwin, em que ele propôs a .............................. para explicar a evolução”. Assinale a alternativa que o completa corretamente: a) Lamarckista – Huxley – Malthus – A Origem do Homem – Seleção artificial. b) Fixista – Darwin – Wallace – A Origem das espécies – Seleção Natural. c) Fixista – Darwin – Lamarck – A Origem do homem – Lei do Uso e desuso. d) Lamarckista – Wallace – Huxley -A Origem das Espécies – Seleção Artificial. e) Darwinista – Lamarck – Wallace – A Viagem do Beagle – Seleção Natural. 04) O conceito de seleção natural foi introduzido por a) Malthus. d) Darwin. b) Cuvier. e) Lamarck. c) Lineu. 05) Marque a opção que apresenta o conceito que foi chave para o desenvolvimento da Teoria da Evolução de Darwin: a) Existe abundância de recursos para os organismos. b) Em uma população mais membros são produzidos do que podem sobreviver. c) Os organismos em uma população são uniformes. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 83 d) Os membros de uma população contribuem igualmente para um “pool” genético. e) As taxas de sobrevivência não variam entre os membros de uma população. 06) Os machos de uma certa espécie de pássaros são territoriais, ou seja, são animais que delimitam e defendem a região em que se instalam. Os mais fortes escolhem e ocupam os melhores territórios, dos quais expulsam qualquer outro macho que tente se aproximar. Na época do acasalamento, as fêmeas “passeiam” por todos os territórios e decidem com que macho vão procriar. O gráfico a seguir mostra a ordem em que 10 machos dessa espécie foram escolhidos. O eixo das ordenadas indica a sequência em que os machos foram escolhidos e o eixo das abscissas indica a qualidade dos territórios. a) O que determina a escolha preferencial dos machos pelas fêmeas? b) Qual o mecanismo evolutivo que explica esse padrão? 07) O grande livro de Charles Darwin — A Origem das Espécies — foi o documento mais importante do século XIX. Ele mudou permanentemente a visão do lugar que ocupamos na natureza ao mostrar que todas as formas de vida que hoje habitam a superfície da Terra são resultado dos mesmos processos (…). (MADDOX, p. 223) Evolução 84 A mudança de visão referida no texto teve como fundamento, à época de Darwin, evidências concretas e interpretações que incluem: (01) a descoberta de fósseis de animais e vegetais, que evidenciavam a constância das espécies ao longo do tempo. (02) as variações e as semelhanças observadas entre os tentilhões das ilhas Galápagos, sugerindo a existência de um ancestral comum. (04) as contribuições dos estudos da hereditariedade, que dissociavam o comportamento dos genes da transmissão dos caracteres. (08) a independência dos mecanismos evolutivos em relação aos fatores bióticos e abióticos do meio ambiente. (16) o reconhecimento do papel da competição como um mecanismo que propicia caminhos evolutivos diferenciados. (32) a ocorrência de alterações na molécula da hereditariedade como mecanismo de origem de novas espécies. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 08) Em muitos casos a aplicação de um antibiótico a uma linhagem bacteriana promove o aparecimento de linhagens mais resistentes, pois as bactérias sofrem mutação e adquirem resistência, passando aos descendentes tal característica. A partir desse fato, é comum se pensar que as bactérias desenvolvem resistência ao antibiótico para não serem destruídas por ele, o que traduz uma visão lamarckista da questão. Você concorda com essa compreensão? Justifique sua resposta. 09) Charles Darwin foi um naturalista britânico que, no século XIX, elaborou uma teoria que buscava explicar as relações entre os seres vivos e as mudanças sofridas por eles ao longo dos tempos, através de um mecanismo, por ele denominado de “seleção natural”. Em sua grande obra “Origem das Espécies” (1859, 1ª edição), discorreu sobre vários temas, sendo um dos principais a variação dos animais no estado doméstico, em que analisou a escolha de características por parte dos criadores de raças de cães e de pombos. Considerando especificamente o livro “Origem das Espécies”, seu principal FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 85 ponto de argumentação a favor da seleção natural foi (foram): a) a hereditariedade. d) a criação divina. b) a lei do uso e desuso. e) a seleção artificial. c) os tentilhões das Ilhas Galápagos. 10) “Nenhum dos fatos definidos da seleção orgânica, nenhum órgão especial, nenhuma forma característica ou distintiva, nenhuma peculiaridade do instinto ou do hábito, nenhuma relação entre espécies — nada disso pode existir, a menos que seja, ou tenha sido alguma vez, útil aos indivíduos ou às raças que os possuem”. (WALLACE, Alfred Russel, 1867) O texto acima é uma defesa intransigente do princípio: a) darwinista da seleção natural. b) lamarckista da herança dos caracteres adquiridos. c) mendeliano da segregação dos caracteres. d) darwinista da seleção sexual. e) lamarckista do uso e do desuso. 11)Uma ideia comum às teorias da evolução propostas por Darwin e por Lamarck é que a adaptação resulta a) do sucesso reprodutivo diferencial. b) de uso e desuso de estruturas anatômicas. c) da interação entre os organismos e seus ambientes. d) da manutenção das melhores combinações gênicas. e) de mutações gênicas induzidas pelo ambiente. 12)Leia as afirmações. I. As girafas, para se alimentarem de ramos mais altos, sofreram alongamento do pescoço. II. Os ovos dos répteis, tendo a casca mais grossa, protegem melhor seus embriões. III. O crescimento das populações humanas é muito maior que o crescimento dos recursos alimentares. Evolução 86 Essas afirmações estão, respectivamente, de acordocom as teorias de a) Lamarck, Darwin e Malthus. b) Malthus, Lamarck e Darwin. c) Darwin, Lamarck e Malthus. d) Lamarck, Malthus e Darwin. e) Darwin, Malthus e Lamarck. 13)Em relação à evolução biológica, considere os fatores abaixo. I. Seleção natural. II. Adaptação ao meio. III. Lei do uso e desuso. IV. Herança dos caracteres adquiridos. V. Recombinação gênica e mutação. Quais desses fatores Darwin considerou quando elaborou a teoria da evolução das espécies? a) Apenas I e II. d) Apenas III e IV. b) Apenas I e V. e) Apenas IV e V. c) Apenas II e III. 14) A adaptação dos seres vivos aos ambientes de vida é um fato. Desde a Antiguidade, esse aspecto sempre foi alvo de reflexões de filósofos, que formulavam algumas teorias, buscando explicações para a origem e a adaptação das espécies. Na coluna I, estão listadas algumas correntes de pensamento e, na coluna II, os seus respectivos conceitos. Estabeleça a correta associação entre as colunas. Coluna I Coluna II 1. Criacionismo ( ) A evolução pode ser explicada pelas mutações e pela recombinação genética, orientadas pela seleção natural 2. Lamarckismo ( ) Os organismos atuais surgiram por transformações sucessivas de formas mais primitivas, e o desaparecimento de uma espécie ocorria em consequência de sua transformação em outra, ou seja, de sua evolução. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 87 3. Darwinismo ( ) Os indivíduos de uma população diferem quanto a diversas características, inclusive aquelas que influem na capacidade de explorar com sucesso os recursos naturais e de deixar descendentes. 4. Neodarwinismo ( ) Quando ocorrem mudanças ambientais, um fenótipo antes desfavorável passa a ser favorecido. ( ) A harmonia existente entre os seres vivos e o meio em que vivem é o resultado de uma criação especial. ( ) A adaptação resulta do uso e desuso de estruturas anatômicas. a) 3, 1, 3, 4, 2, 4. d) 4, 2, 3, 4, 1, 2. b) 4, 3, 4, 3, 1, 2. e) 3, 2, 2, 4, 3, 1. c) 4, 3, 3, 4, 1, 2. 15) Devido ao grande número de acidentes provocados pelos cães da raça Pitbull, várias solicitações vêm sendo feitas pela população do Rio de Janeiro e de outras cidades do Brasil, visando à proibição da circulação desses cães pelas ruas. Para alguns adestradores, o comportamento agressivo desses animais é ensinado por seus donos — os “Pitboys”. Para outros, a agressividade é consequência de um aprimoramento genético obtido pela utilização dos cães vencedores em brigas, nos processos de reprodução em canis: à medida que esses cães foram estimulados a brigar, nas famosas rinhas, ocorreram alterações genéticas que favoreceram a agressividade e foram transmitidas pelos cães vencedores aos filhotes. A segunda opinião é mais bem explicada pela: a) teoria Sintética b) teoria de Lamarck c) mistura das teorias de Darwin e Lamarck d) teoria de Darwin e) teoria de Malthus 16) Em sua estadia no Arquipélago de Galápagos, Darwin estudou um grupo de espécies de pássaros, muito semelhantes entre si, mas com o bico diferente, adaptado a distintos regimes alimentares. Estas espécies diferentes originaram-se de um ancestral comum. Este é um mecanismo Evolução 88 evolutivo denominado: a) co-evolução. b) fluxo gênico. c) convergência adaptativa. d) irradiação adaptativa. e) hibridação. 17) Assinale a opção que se refere à principal contribuição de Charles Darwin à teoria da evolução. a) A seleção natural atua como a principal força criadora das mudanças evolutivas. b) Existe em todos os organismos um impulso interior para a perfeição. c) A vida é gerada contínua e espontaneamente de forma muito simples. d) Todos os organismos têm capacidade de adaptar-se ao ambiente. e) Os caracteres adquiridos transformam-se em hereditário. 18) Ao formular sua teoria para explicar a evolução dos organismos, o inglês Charles Darwin baseou-se em fatos, tais como: (01) em uma espécie, os indivíduos não são exatamente iguais, havendo diferenças que tornam alguns mais atraentes, mais fortes, etc. (02) populações crescem mais depressa do que a quantidade de alimentos necessária para supri-las. (04) caracteres adquiridos são passados às descendências. (08) uso demasiado de uma estrutura leva à hipertrofia da mesma. (16) mutações são muito frequentes. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 19) Foram introduzidas em dois frascos, que contêm um mesmo meio de cultura, quantidades idênticas de um tipo de bactéria. Após algum tempo de incubação, adicionou-se, a apenas um dos frascos, um antibiótico estável, de uso frequente na clínica e cuja concentração não se modificou durante todo o experimento. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 89 O gráfico acima representa a variação do número de bactérias vivas no meio de cultura, em função do tempo de crescimento bacteriano em cada frasco. A observação do gráfico permite concluir que, no frasco em que se adicionou o antibiótico, ocorreu uma grande diminuição do número de bactérias. Utilizando a teoria da seleção natural, explique o fato de essa população ter voltado a crescer, após a diminuição observada. 20) O tema “teoria da evolução” tem provocado debates em certos locais dos Estados Unidos da América, com algumas entidades contestando seu ensino nas escolas. Nos últimos tempos, a polêmica está centrada no termo teoria, que, no entanto, tem significado bem definido para os cientistas. Sob o ponto de vista da ciência, teoria é a) sinônimo de lei científica, que descreve regularidades de fenômenos naturais, mas não permite fazer previsões sobre eles. b) sinônimo de hipótese, ou seja, uma suposição ainda sem comprovação experimental. c) uma ideia sem base em observação e experimentação, que usa o senso comum para explicar fatos do cotidiano. d) uma ideia, apoiada pelo conhecimento científico, que tenta explicar fenômenos naturais relacionados, permitindo fazer previsões sobre eles. e) uma ideia, apoiada pelo conhecimento científico, que, de tão comprovada pelos cientistas, já é considerada uma verdade incontestável. Evolução 90 21)Em relação à evolução biológica de coelhos de uma determinada região: I. O coelho evoluiu de ancestrais de orelhas curtas que se desenvolveram gradativamente pelo esforço do animal em ouvir a chegada dos predadores. II. Os ancestrais dos coelhos apresentavam tamanhos variáveis de orelhas; o predatismo dos carnívoros selecionou aqueles de orelhas mais longas. III. Os coelhos de orelhas longas conseguem deixar um maior número de descendentes que os de orelhas curtas. IV. Os coelhos de orelhas longas, adquiridas pela necessidade de perceber a aproximação dos predadores, transmitem essa característica para seus descendentes. Considerando as afirmativas acima, selecione a alternativa correta: a) I e II são lamarckistas e III e IV são darwinistas. b) II e III são lamarckistas e I e IV são darwinistas. c) I e IV são lamarckistas e II e III são darwinistas. d) III e IV são lamarckistas e I e II são darwinistas. e) I e III são lamarckistas e II e IV são darwinistas. 22)“Fiquei tão impressionado com a distribuição dos organismos nas Galápagos, com o caráter dos mamíferos fossilizados americanos que decidi coletar às cegas toda a sorte de dados que pudessem ter alguma relação com o que são as espécies. Por fim, surgiram alguns raios de luz, e estou quase convencido de que as espécies não são imutáveis. Deus me livre do disparate lamarckiano de uma “tendência para o progresso” (…) de “adaptações oriundas da vontade lenta dos animais”. Mas as conclusões a que sou levado não diferem muito dele, embora os meios de mudança sejam inteiramente diferentes. Creio haver descoberto a maneira simples pela qual as espécies se adaptam primorosamente às diversas finalidades”. (Carta de Charles Darwin). Considerando-seos conhecimentos da época, as novas ideias de Darwin podem ser reconhecidas na afirmativa: a) As necessidades fisiológicas das espécies modificam-se através dos tempos, porque os organismos estão submetidos a ações e influências diretas e imediatas do ambiente. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 91 b) As espécies atuais descendem de espécies do passado em decorrência de bruscas e profundas mudanças. c) Diferenças entre os indivíduos de uma população conferem-lhe potencial adaptativo — condição básica para a sobrevivência e adaptação. d) Há, em todas as espécies, uma força interior que a conduz para o seu aprimoramento e especialização. e) A maneira simples, pela qual as espécies evoluíram, pode ser entendida como a preservação, através de gerações, das características adquiridas pelo maior uso de uma estrutura. 23)A Teoria de Charles Darwin foi fundamental para o avanço do conhecimento evolutivo. Analise as afirmativas abaixo sobre os princípios básicos da Teoria de Darwin, divulgadas através do livro “A Origem das Espécies”. I. Admite, em oposição ao fixismo, o conceito de um universo em constante mudança, substituindo as ideias anteriores de um mundo estático, idêntico em sua essência à criação perfeita. II. Sugere que as alterações morfológicas, provocadas em determinadas características do organismo, pelo uso ou desuso constante, são transmitidas aos descendentes de todas as gerações seguintes. III. Sugere que todos os organismos descenderam, com modificações, de ancestrais comuns, e que o principal agente de modificação é a ação da seleção natural sobre a variação individual. IV. Afirma que a fome é um fator importante na manutenção do número de indivíduos constantes na população humana, pois, enquanto a produção de alimentos cresce em escala aritmética, a população humana cresce em escala geométrica. Assinale a alternativa correta. a) I e II são verdadeiras. b) II e III são verdadeiras. c) I e III são verdadeiras. d) III e IV são verdadeiras. e) II e IV são verdadeiras. Evolução 92 24) Charles Darwin e Gregor Mendel foram contemporâneos; mas o primeiro jamais conheceu as ideias do segundo. Considerando as ideias de um e de outro, pode-se afirmar que: a) a teoria da seleção natural é inválida, uma vez que não explica os mecanismos genéticos que provocam a diversidade biológica. b) Mendel lançou as bases da teoria sintética da evolução, uma vez que as mutações são as únicas causas que explicam a variedade genética entre os organismos. c) Darwin defendia que características advindas no curso de vida do organismo, se vantajosas, poderiam ser herdadas pela prole. d) os experimentos de Mendel com ervilhas mostram que o cruzamento genético produz diversidade biológica e evita a extinção de espécies. e) o neodarwinismo utiliza as ideias de Mendel para explicar que os genes são as unidades de evolução cujos mecanismos são dirigidos pela seleção natural defendida por Darwin. 25) Joana vai ao médico se queixando de dor na garganta, e diz que os antibióticos que havia tomado não resolveram seu problema. Ao definir o diagnóstico, o médico relatou que a infecção era causada por uma bactéria resistente aos antibióticos ingeridos. Considerando seu conhecimento sobre a teoria da Seleção Natural proposta há cerca de 150 anos por Darwin e Wallace, leia as proposições abaixo. 1) O hábito da automedicação pode selecionar bactérias naturalmente resistentes a antibióticos presentes no corpo de Joana. 2) Mutações induzidas pela ação das drogas utilizadas são os principais agentes da seleção de bactérias resistentes a antibióticos. 3) Além dos antibióticos, bactérias responsáveis por uma infecção sofrem a pressão seletiva da resposta imunológica. Está(ão) correta(s) apenas: a) 1 e 2 d) 1 b) 2 e 3 e) 2 c) 1 e 3 FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 93 26) Faz parte da teoria de evolução proposta originariamente por Charles Darwin a seguinte afirmação: a) A competição pela sobrevivência limita-se à luta entre os indivíduos. b) Variações nas populações surgem por meio de mutação e de recombinação gênica e sobre elas atua a seleção natural. c) As características hereditárias são transmitidas de uma geração para outra segundo regras bem estabelecidas. d) A vida na Terra se originou a partir de moléculas de ácidos nucléicos. e) As características dos indivíduos misturam-se em seus descendentes. 27)Em termos evolutivos, pode-se afirmar que a reprodução sexuada é mais vantajosa que a assexuada porque a) favorece a formação de indivíduos geneticamente idênticos. b) permite a replicação exata de indivíduos especialmente bem adaptados a certos ambientes. c) elimina a necessidade de um ajuste contínuo frente às condições ambientais. d) dá oportunidade à população de adaptar-se às mudanças das condições ambientais. e) elimina a capacidade de invasão de novos ambientes por competição. 28)Identifique, entre os postulados darwinistas abaixo, o único em que se verifica a influência das ideias de Malthus. a) Os indivíduos de uma espécie apresentam diferenças. b) A cada geração, o número de indivíduos produzidos é maior do que o que pode sobreviver. c) Algumas diferenças entre os indivíduos de uma espécie são herdadas. d) Os indivíduos com as características mais favoráveis sobrevivem. e) Os indivíduos com as características mais favoráveis reproduzem melhor. Evolução 94 29) Darwin ajuda luta contra AIDS Charles Darwin aprovaria. O novo tratamento contra a AIDS, em desenvolvimento na Universidade Harvard, promete um raro avanço no combate à doença. Mas, melhor ainda, pela primeira vez uma terapia está levando a sério a teoria da evolução darwiniana, baseada no princípio da seleção natural (...). A equipe da Universidade resolveu testar o que aconteceria se uma população de vírus fosse submetida a várias drogas, AZT, DDI e Piridinona, que atacassem o mesmo alvo. O alvo é a enzima transcriptase reversa, que o HIV usa (...) para integrar seu genoma ao da célula infectada. (...). O resultado foi revolucionário (...), o vírus acabou perdendo a capacidade de se multiplicar. (...). O tratamento só é eficaz quando as drogas são ministradas conjuntamente (...) (Folha de S. Paulo, 28.02.1993.) Lembre-se de que cada droga reconhece e atua sobre uma região específica da enzima transcriptase reversa, e que as enzimas dependem de sua composição de aminoácidos e estrutura espacial para exercer sua função. a) Do ponto de vista evolutivo, e considerando a ação da seleção, explique o que ocorreria com a população viral se fosse utilizada uma única droga. b) Por que o tratamento só se mostrou eficaz com a administração conjunta das três drogas? 30) O conhecimento atual dos mecanismos do código genético vem demonstrar a casualidade das mutações. Assim, a mutação ocorre independentemente do seu valor adaptativo, não sendo os seus efeitos dirigidos pelo ambiente. A que afirmativa(s) esta dedução vem se contrapor? I. Ao finalismo de Lamarck, que estabelece que o desenvolvimento de um órgão tende a satisfazer as necessidades impostas pelo ambiente. II. À ideia de que as espécies teriam sido criadas independentemente umas das outras, como estabelecido no criacionismo defendido por Alfred Russel Wallace e Thomas Malthus. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 95 III. Ao darwinismo, que atribuía ao meio a capacidade de selecionar os organismos, eliminando os menos aptos. a) Nenhuma das afirmativas está correta. b) Só a alternativa II está correta. c) As afirmativas I e III estão corretas, mas só a primeira atende satisfatoriamente ao questionamento formulado. d) As afirmativas II e III estão corretas, mas só a II atende ao pressuposto estabelecido. e) Nenhuma das afirmativas, apesar de corretas, contrapõe-seà assertiva formulada. 31) Observe as afirmativas abaixo, referentes às teorias da Evolução. I. Se todos os indivíduos de uma espécie se reproduzissem, as populações cresceriam de forma acelerada, em progressão geométrica. II. Os indivíduos de uma mesma espécie são diferentes entre si apresentando muitas variações. III. A cada geração morre grande número de indivíduos, muitos deles sem deixar descendentes. IV. Todas as características apresentadas por uma geração são herdadas dos pais. V. As espécies serão representadas por indivíduos adaptados ao ambiente em que vivem. Marque a alternativa que contém a idéia do Ensaio de Malthus que influenciou a Teoria da Evolução de Darwin-Wallace. a) Afirmativas I, II e IV. b) Afirmativa I. c) Afirmativas III e V. d) Afirmativas I, III e V. e) Afirmativas I, IV e V. 32) Os anfíbios são animais que apresentam dependência de um ambiente úmido ou aquático. Nos anfíbios, a pele é de fundamental importância para a maioria das atividades vitais, apresenta glândulas de muco para Evolução 96 conservar-se úmida, favorecendo as trocas gasosas e, também, pode apresentar glândulas de veneno contra microorganismos e predadores. Segundo a Teoria Evolutiva de Darwin, estas características dos anfíbios representam a a) lei do uso e desuso. b) atrofia do pulmão devido ao uso contínuo da pele. c) transmissão de caracteres adquiridos aos descendentes. d) futura extinção destes organismos, pois estão mal adaptados. e) seleção de adaptações em função do meio ambiente em que vivem. GABARITO [Teorias da Evolução]: 01) C; 02) A; 03) B; 04) D; 05) B; 06) a) O macho que detém o território de melhor qualidade é escolhido primeiro. b) As fêmeas que escolhem os machos que ocupam os melhores territórios têm evolutivamente, mais chance de criar sua prole; a seleção natural, portanto, deve ter favorecido aquelas fêmeas com maior capacidade de analisar a qualidade do território ocupado por um macho.; 07) 02+16=18; 08) Sim. De acordo com o pensamento de Lamarck a exposição traria a propriedade de ser resistente em relação ao antibiótico. O que ocorre, na verdade, é que o antibiótico seleciona as formas mais resistentes; 09) E; 10) A; 11) C; 12) A; 13) A; 14) D; 15) B; 16) D; 17) A; 18) 01+02=03; 19) Ao acrescentar-se o antibiótico, as bactérias sensíveis foram eliminadas, mas as resistentes, que eram em pequeno número, cresceram normalmente; 20) D; 21) C; 22) C; 23) C; 24) E; 25) C; 26) E; 27) D; 28) B; 29) a) A utilização de uma única droga poderia permitir o aparecimento de mutantes em relação a ela. Estes rapidamente se multiplicam e a droga torna-se ineficiente. b) O tratamento só se mostrou eficaz com a administração conjunta das três drogas porque a probabilidade de surgirem mutantes para as três ao mesmo tempo é pequena. 30) C; 31) B; 32) E. Leitura complementar Alguns livros trazem de forma bem simples e ilustrada mais informações sobre Evolução e o Darwinismo. Eis alguns títulos no quadro a seguir; FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 97 Atividade complementar Aos domingos, por vezes, somos acordados por membros de igrejas nos mostrando a palavra de Deus, pregando através de revistas e folhetos passagens bíblicas. Um grupo de humoristas criou um vídeo, disponível gratuitamente, no qual demonstram algo similar, em termos de abordagem, mas pregando a “palavra de Darwin”. O vídeo é intitulado Testemunha de Darwin. È interessante que consiga ver o outro lado da moeda. Assista no link: https://www.youtube.com/ watch?v=ssfaAcxDXU4. 1.3. Teoria sintética da Evolução Conjunto de ideias que explica o mecanismo evolutivo, a partir da seleção natural proposta por Charles Darwin e Alfred Russell Wallace, e dos conhecimentos que permitiram explicar a origem da diversidade biológica (mutação, recombinação, migrações e oscilação ou deriva genética). 1.3.1. Um pouco de história: Mutacionistas versus Selecionistas O termo mutação já havia sido usado por Hugo DeVries ao descrever as alterações que ele encontrou no cultivo de Oenothera lamarckiana, uma planta de jardim conhecida por prímula. Como as variações que surgiam nas prímulas em seu jardim, a partir da forma original da planta, eram muito grandes e surgiam de uma geração para outra, de forma abrupta, DeVries propôs uma nova teoria evolutiva. Segundo a teoria, a evolução dar-se-ia Evolução – Série Mais Ciência de David Burnie. Este livro de bolso traz uma síntese muito interessante sobre os princi- pais conceitos relativos a Evo- lução. Adaptação, origem da vida e origem do homem, além de textos sobre as ideias de Darwin e Lamarck. Darwin e a evolução em 90 minutos de Paul Strathern. Este livro traz uma síntese da ideia principal do Darwinismo, além de algumas informações biográficas sobre o naturalista inglês. Interessante resume numa cronologia os principais momentos da vida do grande evolucionista. Evolução 98 aos saltos, de uma geração para outra, em decorrência das mutações que seriam as únicas responsáveis por provocar alterações nos organismos, as variações. Nas três primeiras décadas do século XX, com a denominação geral de mutacionista, foi a teoria evolutiva predominante, apoiada pelos principais geneticistas da época, incluindo Thomas Hunt Morgan e seu grupo. A hipótese de saltos, proposta por DeVries, e conceito fundamental para os mutacionistas, não considerava a seleção natural proposta por Darwin como fator evolutivo, uma vez que, por seleção natural, o processo de mudanças seria lento e gradual. Nessas primeiras três décadas, os mutacionistas só foram contestados pelos ditos selecionistas que continuavam defendendo a idéia da seleção natural como responsável pelo processo evolutivo e, à medida que foram sendo acumulados exemplos da ação da seleção natural, ficava cada vez mais difícil ignorá-la. Mais uma vez os dados mostravam o caminho para a explicação dos fenômenos. Entre os exemplos da época, sugerindo a ação seleção, destacam-se: -o melanismo industrial das mariposas inglesas; - mimetismo em borboletas, especialmente envolvendo as espécies monarca e vice-rei; - os pássaros de Galápagos; - a anemia falciforme; - diversas doenças da espécie humana e de outros animais. SAIBA MAIS As leis de Mendel e o surgimento da genética Muitos cientistas opinam a respeito do trabalho de Gregor Mendel (1822 – 1884) e sobre o qual teria sido a consequência caso Darwin tivesse tomado conhecimento a seu respeito que explicavam os mecanismos de transmissão dos caracteres de pais para filhos e, consequentemente, a hereditariedade das variações. Na realidade, publicado em 1866, e redescoberto em 1900, o trabalho de Mendel só foi totalmente aceito em 1910 e só foi ligado à teoria de Darwin entre as FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 99 décadas de 1930 e 1940, quando seus princípios foram aplicados às populações e associados à ideia de seleção natural, com centenas de pesquisadores no mundo todo se dedicando ao assunto. A redescoberta do trabalho de Mendel em 1900 e sua ampla aceitação, em 1910, marca o inicio de uma ciência, a Genética. Embora já decorridos mais de 100 anos, estaé considerada uma ciência recente se comparada a outras áreas da Biologia como a Botânica, a Zoologia, a Fisiologia. A redescoberta das leis de Mendel foi feita, de modo independente e quase simultâneo, por três pesquisadores: - o holandês Hugo Marie deVries (1848–1935); o austríaco Erich Von Tschermak–Seysenegg (1871–1962); o alemão Carl Erich Correns (1864–1933). A este ultimo é atribuído o fato de ter sido o primeiro a reconhecer a prioridade do trabalho de Mendel. Correns tinha sido orientado cientificamente por Karl Wilhelm vonNageli (1817–1891) que, em 1866, trocou correspondência com Mendelpor ocasião da publicação do trabalho, quetinha-ona sua biblioteca. Correns herdou a biblioteca de Nageli, pois além de ex-aluno, era casado com sua sobrinha-neta. O fato de o trabalho ter sido ignorado ou negligenciado por 34 anos é a maior evidência do conservadorismo cientifico. Todo conhecimento novo deve ser acrescentado a conhecimentos já existentes e estar neles embasado. Mendel, que além de monge era naturalista e matemático, havia proposto que toda característica física dos indivíduos fosse determinada por dois fatores, um herdado do pai e o outro da mãe, os quais se separariam na formação dos gametas e se uniriam ao acaso, para a formação do descendente. A hipótese foi proposta porque, matematicamente, ela resolvia a questão da proporção de 75% para 25%, ou 3:1, encontrada na segunda geração de cruzamentos entre indivíduos com caracteres diferentes. O trabalho de Mendel, embora revolucionário para a época, também surgiu a partir de conhecimentos prévios, isto e, baseou-se em trabalhos anteriores. Kolreuter, em 1760, realizou cruzamentos entre plantas de tabaco de flores com cores diferentes, obtendo resultados que, se interpretados corretamente, teriam levado a conclusões semelhantes às de Mendel. O mesmo aconteceu com Knight, Seton e Goss, botânicos ingleses, por volta de 1820, cruzando ervilhas de sementes amarelas e verdes (a mesma espécie usada por Mendel, 40 anos depois). Gertner, na mesma época, obteve resultados semelhantes trabalhando com tabaco e milho. Charles Naudin, por volta de 1850, realizou uma série de cruzamentos com varias espécies de plantas e encontrou resultados muito semelhantes aos de Mendel, propondo unidades que chamou de essências. As essências seriam responsáveis pela determinação das características hereditárias. Encontrou também a proporção de 3:1 na segunda geração dos descendentes dos cruzamentos e só não chegou a completar o trabalho porque não analisou matematicamente os dados. Mesmo assim, embora o modelo matemático proposto por Mendel explicasse a proporção 3:1, não havia nenhuma base biológica para a hipótese, com a agravante de que ela propunha um modelo para transmissão de caracteres de variação discreta, quando toda a comunidade científica estava voltada para caracteres de variação contínua, proposta por Galton. Nos 34 anos que se seguiram a 1866, até o trabalho ser redescoberto, vários conhecimentos biológicos novos convergiram para hipótese matemática de Evolução 100 Mendel. Entre as mais diretamente correlacionadas, temos: - a descrição da diferença entre células somáticas e germinativas, ficando resolvida a questão da origem dos gametas; - a descrição das estruturas da célula e as do núcleo; - o entendimento da fecundação e a descrição da união dos gametas (óvulos e espermatozoides) - a descrição dos cromossomos; - a descoberta de que os gametas contêm metade dos cromossomos das células somáticas; - a sugestão da correlação entre cromossomos, núcleo e hereditariedade (transmissão das características hereditárias de pais e filhos); - a descrição da mitose e meiose. Mesmo assim, só em 1902, dois anos após a redescoberta dos trabalhos de Mendel, é que foi publicado o trabalho de Walter Sutton e Theodor Boveri, estabelecendo a correlação entre meiose e a hipótese de Mendel. A polêmica sobre a validade ou extensão do trabalho de Mendel, criticado pelos adeptos das ideias de Galton, sobre se os caracteres tinham variação contínua ou discreta e, se o material genético era composto por fatores ou era diluído, só foi resolvida com os trabalhos de Nilsson-Ehle em 1909 e de E. M. East em 1910. Estes dois pesquisadores propuseram que um mesmo caráter poderia ser determinado por mais de um par de fatores (ou genes), o que faria com que o caráter variasse na população de forma continua. Assim, houve a conciliação entre a Genética Quantitativa ou Herança Poligênica, proposta por Galton, e o trabalho de Mendel. Nas primeiras décadas do século XX foram estabelecidas todas as bases da transmissão das características hereditárias, principalmente em decorrência dos resultados obtidos pelo grupo de pesquisa de Thomas Hunt Morgan, trabalhando com a mosca Drosophilamelanogaster. A partir do primeiro mutante de cor de olho encontrado no laboratório, o mutante “White”, foram descobertos centenas de outros, muitos deles gerados em laboratório por radiação e a mutação passou a ser considerada a origem ou a fonte das variações genéticas das populações. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 101 1.3.2. A síntese evolutiva Após três décadas, foi possível conciliar as discussões dos selecionistase dos mutacionistas e o resultadodessajunçãoconvencionou- se chamar de moderna síntese ou teoria sintética, porque se procurava acomodar em uma síntese todo o conhecimento dos mutacionistas e dos selecionistas. É também chamada de neodarwinismo, uma vez que aceita plenamente a ideia de seleção natural de Darwin, completando com a informação que faltava: a origem da variação. Embora historicamente seja dito que a teoria sintética foi estabelecida em 1930, essa afirmação é uma aproximação simplificada. A partir de 1937, cientistas, como TheodosiusDobzhansky, Ernst Mayr, Gailord L. Simpson, Julian Huxley, organizaram as ideias expostas nos trabalhos de Sergei S. Chetverikov (1926), R. A. Fisher (1930), Sewall Wright (1931) e J. B. S. Haldane (1932), e apenas no final da década de 1940 é que os conceitos foram razoavelmente estabelecidos e correlacionados. 1.3.3. Premissas da teoria sintética A teoria sintética, ou neodarwinismo, foi estabelecidacom baseem algumas premissas principais, que são: a) O processo evolutivo é o resultado do equilíbrio das forças geradas pela taxa de mutação e pela pressão de seleção; b) As mutações gênicas ocorrem ao acaso e são responsáveis por toda variação genética encontrada nas populações; c) A seleção natural molda as populações às condições ambientais através de um processo de eliminação das variáveis (mutações) não adaptadas e favorecimento das variáveis que aumentam a adaptação dos indivíduos ao ambiente. Toda variabilidade genética é seletiva, ou seja, se para um dado caráter existirem duas formas diferentes a mesma população, uma é melhor que a outra e acaba por eliminá-la ao longo das gerações; d) A variabilidade genética nas populações é pequena em decorrência da ação da seleção natural; e) Todas as populações são infinitamente grandes. Estatisticamente, para uma população ser considerada como infinitamente grande ela deve ter, no mínimo, 1000 indivíduos; Evolução 102 f) A migração e o sistema de acasalamento são fatores complementares. Entende-se por migração a ocorrência de fluxo gênico entre populações. O sistema de acasalamento pode ser ao acaso ou preferencial. Ao acaso, quando a frequência de cruzamentos entre indivíduos com características fenotípicas diferentes depende exclusivamente das frequências destas características. Quando em uma população os cruzamentos ocorrem ao acaso, ela é considerada panmítica. O acasalamento é considerado preferencial, quando diferentes características genéticas dos indivíduos de uma população interferem na formação de casais e tipos semelhantes preferem cruzar entre si e os cruzamentos deixam de ser ao acaso. Nesse caso a população é não panmítica. Ficou também definido que a unidade do processo evolutivo é a população genética, também chamada de deme, e a área da Genética que estuda a questão foi denominada Genética de Populações (será estudada com mais detalhes na próxima Unidade). O fato de a população ser a unidade do processo evolutivo significa que o processo não ocorre em outro nível taxonômico a não ser na população. Portanto, mesmo diferenças grandes como as encontradas entre populações pertencentesa famílias diferentes, como os Felideae e os Canideae, por exemplo, são decorrentes de alterações sofridas pela população ancestral dos dois grupos e acumuladas, após a diferenciação, ao longo das gerações. Todas as populações atuais destes animais tem uma relação ancestral/descendente com a população de carnívoros, ancestral das duas famílias. Tomando como base as premissas, foi considerado que: 1) Como as populações eram infinitamente grandes, a evolução teria como fator casual apenas a mutação, uma vez que a ocorrência de erro amostral (deriva genética) seria desprezível; 2) As populações seriam moldadas, ajustadas ao ambiente pela ação da seleção natural; 3) Como as populações eram infinitamente grandes, o processo de substituição gênica ocorreria de forma lenta e gradual, sem deriva genética e, consequentemente, o processo de diferenciação de populações seria FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 103 lento e gradual. Em decorrência, algumas das questões eram: o quanto a população precisaria mudar geneticamente para que surgisse uma espécie nova, e quanto tempo demoraria? 1.3.4. O polimorfismo genético Uma população é polimórfica quando, para um mesmo caráter, pode ser encontrada mais de uma forma na população. O polimorfismo é chamado genético quando as diferentes formas são decorrentes de mutações gênicas. Quando ocorre uma mutação e ela é passada às gerações seguintes, a população inicialmente é polimórfica em relação à aquela característica, ou seja, contém mais de uma forma da mesma característica porque convivem indivíduos que possuem alelos mutados e outros que são portadores alelo original. Nem sempre é possível saber, numa população polimórfica, qual é o alelo original e qual o alelo mutante. Para a teoria sintética, todo polimorfismo é transitório, ou seja, toda vez que num mesmo loco existam dois ou mais alelos diferentes, um deles dará maior capacidade adaptativa a seu portador e será favorecido pela seleção natural que, nesse caso, atua de forma purificadora. Assim, o polimorfismo é transitório e perdurará pelo numero de gerações necessário para que os alelos menos adaptados sejam eliminados. A partir da década de 1950, a questão dos polimorfismos serem transitórios passou a ser questionada à medida que mais locos polimórficos eram detectados nas populações e essa questão é debatida até hoje. 1.3.5. Os questionamentos à Teoria Sintética da Evolução A teoria sintética permaneceu sem grandes contestações até o final da década de 1960, quando alguns pontos passaram a ser questionados. Embora o conceito de seleção natural proposto por Darwin e Wallace não tenha sido alterado de forma significativa até hoje, o conhecimento a respeito da variação, sobre a qual a seleção atua, sofreu profundas alterações a partir da década de 1970. O primeiro abalo ocorre em decorrência do uso da técnica de eletroforese de proteínas que mostrou que a variabilidade Evolução 104 genética das populações era algumas vezes maior do que se supunha. O outro abalo veio da Genética Molecular, a partir da década de 1980, com técnicas que permitiram acessar de forma direta o DNA. Até antes da Genética Molecular, a Genética de Populações inferia a composição genotípica das populações pela analise fenotípica dos indivíduos. A partir da Genética Molecular, passou a ser possível o acesso direto ao genótipo. 1.3.6. Teoria do equilíbrio pontuado Proposta em 1972 por NilesEldredge e Stephen Jay Gould, a teoria do equilíbrio pontuado propõe que o processo evolutivo consiste de alternâncias entre períodos de paralisia e períodos pontuados. Nos períodos de paralisia, as populações permanecem sem alterações significantes. Nos períodos pontuados, as populações sofrem modificações rápidas que alteram a espécie ou provocam o aparecimento de novas espécies. Por questionar o neodarwinismo, a teoria do equilíbrio pontuado teve mais evidência entre os cientistas, e na mídia em geral, do que ela eventualmente merecesse. Dizer que Darwin está errado ou criticar a teoria sintética sempre tem mais impacto do que falar favoravelmente. Após o aparecimento da teoria do equilíbrio pontuado, uma grande quantidade de publicações, cientificas ou não, entraram no vácuo das criticas, nas lacunas surgidas no conhecimento, e muito foi comentado a SAIBA MAIS STEPHEN JAY GOULD Paleontólogo norteamericano e um dos autores da Teoria do Equilíbrio Pontuado foi também um dos mais consagrados autores de Divulgação Científica. Sempre com títulos instigantes, foi autor de várias obras como “A galinha e seus dentes”, “O sorriso do flamingo”, “Darwin e os grandes enigmas da vida”, “A falsa medida do homem”, “O polegar do panda”, “A montanha de moluscos de Leonardo Da Vinci” entre outros (muitos publicados em português). Nestas obras Gould oportuniza os leitores não especializados a chance de conhecer trabalhos científicos que explicitam detalhes do processo evolutivo desenhado nas características de animais e plantas, natureza a fora. Um convite para o deleite. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 105 respeito. Vários conceitos que já estavam enterrados foram ressuscitados. Os principais argumentos dos críticos eram: 1) Se o documentário fóssil mostra que as mudanças são rápidas, elas não podem ser explicadas por seleção natural; 2) Se as alterações são grandes e os tipos intermediários não são encontrados nos fósseis, é porque as mutações gênicas, como foram propostas, não são a única fonte primária de variabilidade. A ocorrência de micromutações e de macromutações voltou a ser proposta. Micromutações seriam alterações pequenas na sequência de DNA com pequeno impacto fenotípico. Em decorrência, teriam pequena consequência evolutiva e explicariam a existência de polimorfismos para caracteres responsáveis por pequenas alterações adaptativas das populações e, por isso, desimportantes sob o ponto de vista taxonômico. Macromutações seriam mutações capazes de afetar toda uma estrutura orgânica, todo um órgão, e provocariam profundas mudanças fenotípicas, com importância taxonômica, pois poderiam dar origem a novos grupos. As mutações que teriam provocado o aparecimento das penas e dos bicos nas aves, ou a evolução do coração dos vertebrados superiores a partir de um coração de duas câmaras nos peixes, para os de três câmaras os anfíbios e répteis, e de 4 câmaras nos crocodilos, nas aves e mamíferos, e muitos outros exemplos de estruturas desse tipo, teriam sido causadas por macromutações. A partir dessas ideias, adaptações populacionais voltaram a ser chamadas de microevolução, e mudanças maiores, responsáveis pelo aparecimento de grupos diferentes, voltaram a ser chamadas de macroevolução. Esses conceitos, que já não eram mais discutidos há décadas, voltaram a ser lembrados. É importante dizer que a teoria do equilíbrio pontuado foi proposta por paleontólogos, baseada em dados de fósseis. O documentário fóssil é extremamente importante como prova da ocorrência da evolução para o estabelecimento de padrões evolutivos e para estudos de relação de parentesco (filogenias) dos diversos grupos de seres vivos. Porém, ele é limitado pelo tamanho e pela qualidade das amostras e, dificilmente, pode Evolução 106 dar informação sobre o processo ou documentar como a mudança ocorreu. Assim, a teoria do equilíbrio pontuado descreve o padrão encontrado, mas não propõe uma maneira para explicar como as mudanças ocorrem. 1.3.6.1. Inconsistências da Teoria do Equilíbrio Pontuado Como acontece frequentemente na ciência, especialmente com assuntos empolgantes como o entendimento do processo evolutivo dos seres vivos, uma vez passado o momento da polêmica, quando a emoção às vezes suplanta a razão, estudos mais aprimorados colocam, tantoquanto possível, as explicações nos seus devidos lugares. Como todas as teorias, a do equilíbrio pontuado também tinha suas premissas e conclusões e, a partir delas, foram feitas muitas deduções. Toda teoria começa a apresentar problemas quando as premissas são questionáveis ou falsas, ou quando as deduções contêm erros conceituais ou extrapolam os dados. A teoria do equilíbrio pontuado, que também ficou conhecida como saltacionismo, tinha como premissa básica que as mudanças eram rápidas e aos saltos. A premissa mostrou-se falsa, pois uma análise mais detalhada mostrou que, embora mais rápida do que o previsto eventualmente pela teoria sintética, as mudanças demoravam milhares ou milhões de anos. Embora geologicamente rápidos, os períodos eram suficientemente longos para permitir alterações populacionais dentro do previsto pelo neodarwinismo. Em decorrência, foi estabelecido o conceito de que não existem possibilidades de alterações que não sejam populacionais e que todas as populações guardam, obrigatoriamente, uma relação de ascendência com as populações ancestrais. Como todos os indivíduos morrem a cada geração, não existe possibilidade de ocorrer uma falha ou um salto de gerações, pois quando todos os indivíduos de uma geração morrem, sem deixar descendentes, a população é extinta. O apelo às macromutações para explicar o aparecimento de estruturas diferentes e complexas, de forma aparentemente abrupta, já foi feito várias vezes ao longo da história da Biologia. Como tal fenômeno nunca FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 107 foi observado em populações naturais, a hipótese sobre sua ocorrência sempre foi um inferência feita a partir de observações a posteriori. Um processo evolutivo baseado em macromutações é biologicamente impossível. A única alternativa para seus adeptos é defender a ideia de um fator extraordinário.E, para os criacionistas, as macromutações são explicadas como parte de um projeto preconcebido, como obra de um ser superior, como propõem os defensores do design inteligente. Macroevolução causada por macromutações é biologicamente inviável pelos seguintes motivos: 1) Baixo valor adaptativo dos mutantes. Valor adaptativo (fitness) foi definido como a medida da capacidade de sobrevivência de um alelo ou de um genótipo de uma geração para outra. Toda mutação ocorre sobre um DNA altamente organizado, resultado de milhões de gerações de seleção. A probabilidade de que uma mutação nova destrua essa organização é muitas vezes maior do que a probabilidade de que ela aumente ou melhore a organização; e essa estimativa é feita para mutações de ponto, ou mutações pequenas (micromutações). Eventualmente podem ocorrer alterações grandes no DNA e que poderiam ser chamadas macromutações. Ocorrer elas podem, porém, difícil é o indivíduo portador das mesmas sobreviver, dado o estrago que elas produzem em seus portadores ao quebrarem o equilíbrio genômico da espécie. Em um sistema complexo e dinâmico como o corpo de um ser vivo, uma mudança profunda só sobrevive se junto com ela ocorrer um rearranjo geral nos órgãos afetados, o que exige muito mais do que uma única macromutação; 2) Supondo que ocorresse uma macromutação que causasse uma alteração muito grande. Para que essa alteração pudesse ser passada a gerações seguintes, como o processo é populacional, seu portador: a) teria de sobreviver; b) teria de encontrar um parceiro sexual que o aceitasse com a alteração; c) o descendente híbrido do cruzamento teria de ser viável e fértil; d) ao longo das gerações, a alteração teria de aumentar de frequência até se fixar na população. Não existem dados que mostrem que alguma vez essa sequência tenha acontecido em condições naturais. Como o processo de ocorrência de mutações e de sua sobrevivência Evolução 108 é bem documentado, só o acúmulo de mutações em populações, ao longo de gerações, é responsável pelo aparecimento e fixação de diferenças entre os organismos e a hipótese de macromutações, para explicar mudanças evolutivas, não resiste às evidencias dos fatos. 1.3.6.2. Por que as críticas são importantes? A teoria do equilíbrio pontuado, ao descrever um padrão evolutivo mais rápido, e que aparentemente não poderia ser explicado pela teoria sintética, teve importância muito grande nas pesquisas, pois suas criticas forçaram a comunidade científica, apoiada nas bases do neodarwinismo, a sair da comodidade em que encontrava. Comentando esse período de acomodação dos cientistas em relação à teoria sintética, o pesquisador e historiador da ciência Willian Provine, da Universidade de Cornell, USA, disse em uma palestra em 1996: “Na década de 1960 nós éramos felizes, porque naquela época pensávamos que sabíamos tudo. Até aquela década a teoria sintética estava totalmente aceita e explicava todos os mecanismos de adaptação; Ernst Mayr havia resolvido o problema de especiação baseada numa hipotética revolução genética que ocorria nos complexos gênicos coadaptados, embora ninguém soubesse exatamente o que isso significava; M. J. D. White em seu livro “ModesofSpeciation”, publicado em 1968, dera nome e colocara em ordem todos os tipos de especiação”. 1.3.7. Ajustes na teoria sintética ou neodarwinismo Pode-se afirmar que, apesar das turbulências por que passaram, tanto o darwinismo, quanto a teoria sintética chegaram, com alguns ajustes, como sobreviventes aos dias atuais. A afirmação procede porque, apesar dos ajustes: - a população continua como a unidade do processo evolutivo; - os fatores evolutivos também continuam os mesmos propostos pela teoria sintética: nenhuma exclusão aconteceu e nenhum novo fator evolutivo foi proposto. Então, o que mudou em relação ao processo? A mudança está no peso ou no valor atribuído a cada um dos fatores. Não houve alteração FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 109 quanto à origem da variabilidade das populações. A mutação genética e a recombinação continuam como fonte primária da variação. Foi dada à migração com fluxo gênico e à hibridação uma importância maior pelo fato de ter sido reconhecido que as espécies são fragmentadas em populações e estas, em subpopulações menores, isoladas. Entendeu- se que o fluxo gênico eventual entre as unidades evolutivas é que permite a passagem de características fixadas em algumas populações para outras. Compreendeu-se também que a diferenciação entre as populações e o cruzamento entre elas, a hibridação, aumentam muito a probabilidade do aparecimento de novidades evolutivas.Foi entendido também que novidades evolutivas têm menor probabilidade de se fixar, se a espécie for formada por uma única população grande.O reconhecimento de que as populações são fragmentadas e, na maioria dos casos não são infinitamente grandes, levou à aceitação do aumento da probabilidade de ocorrência de erros amostrais, a deriva genética. A seleção natural continuou a ser considerada a única força capaz de explicar o ajuste da variabilidade ao ambiente, adaptando as populações. No entanto, em alguns eventos, notou-se que ela não era tão fundamental. A importância da seleção natural foi minimizada pela teoria neutralista e pela deriva genética. O neutralismo demonstrou que nem toda variabilidade é seletiva. A deriva genética também foi reconhecida com uma força importante na alteração da composição genética das populações, podendo afetar o resultado do processo seletivo. Permanece inalterado o conceito de seleção natural proposto por Darwin e Wallace: o ajuste das populações ao ambiente por meio da eliminação dos fenótipos mal adaptados, por morte diferencial dos indivíduos portadores dos seus genótipos. Foram desenvolvidos estudos e modelos matemáticos para quantificar sua atuação e seu efeito, e modelos para estimar ovalor adaptativo (fitness) dos genótipos, mas em nada mudou a ideia inicial de Darwin e Wallace.Corrigiu-se o exagero dos selecionistas que, ao defenderem as ideias de Darwin, atribuíram à seleção natural a capacidade de ser purificadora, de ser criadora, no sentido de que tudo que sobrevivesse à seleção seria bom e perfeitamente ajustado ao ambiente. Evolução 110 Darwin propôs que a seleção natural atuava sobre a variação da qual desconhecia tanto a origem como a maneira de transmissão hereditária. As questões sobre a variação foram estudadas e, na maioria dos casos, resolvidas pela Genética a partir de 1900. A teoria evolucionista, a partir dessa data, tem sofrido impactos decorrentes dos avanços dos conhecimentos e técnicas da Genética, sendo que os últimos deles, decorrentes da Genética Molecular, ainda não foram totalmente assimilados pela Genética de População, principalmente devido aos problemas decorrentes de tamanho das amostras analisadas. Portanto, as eventuais mudanças na teoria, nos 150 anos subsequentes aos trabalhos de Darwin e Wallace, decorrem do conhecimento a respeito da variação sobre a qual a seleção natural atua, conhecimento este que ainda não afetou o conceito original de seleção natural. 1.3.8. Fatores que sustentam a Teoria Sintética da Evolução 1.3.8.1. Mutações São mudanças nas sequências de nucleotídeos de DNA de um organismo e se constituem em fonte básica de novos alelos chamadas Mutações Gênicas. Podem ser também alteração no número de cromossomos (Mutações numéricas) ou em longas sequências nucleotídicas, que modificam sequências originais de genes (Mutações estruturais), caracterizando-se, deste modo, como Mutações Cromossômicas. As mutações que fundamentam a variabilidade são aquelas que afetam células germinativas. Nos animais, a maior parte das mutações ocorrem em células somáticas e, portanto, se perdem quando o indivíduo morre. a) Mutações Gênicas –São mais raras, mas são as mais importantes para a evolução porque geram genes novos. Sequência original AAAGCG CCC GTT GGC TTA Adição de nucleotídeos AAA GGC GCC CGT TGG CTT A Deleção de nucleotídeos AAA _CGC CCG TTG GCT TA Substituição de nucleotídeos AAA TCG CCC GTT GGC TTA G FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 111 b) Mutações Cromossômicas – Apesar de não introduzirem genes novos, são consideradas importantes por serem bastante comuns. Dentre estas mutações destacam-se: mutações numéricas e mutações estruturais. b.1) Mutações numéricas – podem ser de dois tipos: i) Euploidas – são alterações no número de lotes cromossômicos. Ex.: Ao invés de células n ou 2n, os mutantes apresentam 3n, 4n, 5n etc., ou seja, a mutação promove aumento de lotes cromossômicos e não de alguns cromossomos. As euploidias podem ser derivadas de Autopoliploidia (erros na divisão celular) ou por Alopoliploidia (quando resultam do cruzamento de indivíduos de espécies diferentes). ii) Aneuploidias – são alterações que envolvem apenas alguns cromossomos a mais ou a menos. Os principais tipos são: monossomias (2n – 1), trissomias (2n+1) e tetrassomias (2n+2). b.2) Mutações Estruturais – são modificações na estrutura dos cromossomos. Os principais tipos são: i) Duplicação – quando uma porção duplicada do cromossomo agrega-se a um dos homólogos, gerando regiões que não sofrem pareamento. ii) Perda ou Deleção – quando uma porção de um dos cromossomos se perde. iii) Translocação – quando há troca de segmentos entre cromossomos não homólogos. iv) Inversão – quando uma região do cromossomo sofre uma quebra e passa por uma rotação, invertendo completamente sua sequência gênica. Leitura complementar Quer entender mais sobre mutações e tem vergonha de perguntar? Acesso o link abaixo e veja que existem muitas opções para entender mais claramente sobre o assunto e conhecer exemplos: Mutação (http://pt.wikipedia.org/wiki/Muta%C3%A7%C3%A3o) Mutação gênica (http://www.sobiologia.com.br/conteudos/ Citologia2/AcNucleico10.php) Evolução 112 1.3.8.2. Recombinação gênica Com base em dois processos naturais – a Fecundação e a Gametogênese – cada organismo que se reproduz sexuadamente já seria capaz de gerar um considerável número de combinações de descendentes. A recombinação é um processo de diversificação do material gênico parental por embaralhamento, tendo em vista que a Gametogênese reduz o número de cromossomos nas células germinativas derivadas de células diploides (células 2n gerando células n), enquanto que a Fecundação permite a reposição numérica de cromossomos na célula-ovo ou zigoto. 1.3.8.3. Seleção Natural A teoria proposta originalmente por Darwin e Walace defende que cabe à natureza o papel de eleger os organismos considerados mais aptos. Atualmente, são reconhecidos pelo menos três mecanismos de seleção diferentes: seleção normal ou estabilizadora (aquela que privilegia os fenótipos considerados intermediários, preterindo os fenótipos extremos); a seleção disruptiva (exatamente o oposto da estabilizadora, privilegia os fenótipos extremos, preterindo os intermediários) e a seleção direcional (mecanismo alterado em função da existência de um fator ambiental que modifique sua tendência à estabilidade). 1.3.8.4. Migrações Entende-se por migração o fluxo gênico entre duas populações. Este fluxo percorre dois sentidos: imigração (corresponde ao fluxo de chegada de genes em determinada população) e emigração (corresponde ao fluxo de partida de genes em determinada população). Deste modo é fácil compreender o peso das migrações para o processo evolutivo: alteram constantemente o pool gênico (o conjunto de genes) da população. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 113 1.3.8.5. Oscilação ou Deriva Genética Corresponde a uma variação percentual de determinados genes do pool gênico, tendo em vista que a população constituinte seja pequena e que seus cruzamentos não sejam panmíticos (não ocorram ao acaso ou, sejam direcionados de algum modo). É chamada também de Deriva Genética de Sewall-Wright. Atividades 01) Em uma certa planta aparece uma mutação vantajosa. No decorrer do tempo, a frequência do gene mutante tende a a) Aumentar devido à seleção natural. b) Diminuir devido à seleção natural. c) Manter-se constante devido à seleção natural. d) Aumentar devido ao vigor híbrido. e) Diminuir devido ao vigor híbrido. 02) Evidências da evolução podem ser obtidas de fósseis, registros geológicos, estudos de bioquímica comparativa e de embriologia comparativa. Assinale, dentre os exemplos abaixo, aquele que pode ser classificado como evidência bioquímica: a) Observação de marcas de pegadas. b) Comparação entre órgãos homólogos. c) Datação radioativa de uma amostra de rocha. d) Similaridade das moléculas de DNA de dois mamíferos. e) Comparação entre asa de um inseto e asa de uma ave. 03)Comparando o aparelho bucal de diferentes insetos, como mariposas, pernilongos e gafanhotos, notamos que são constituídos segundo um mesmo plano estrutural, possuindo adaptações às diferentes formas de alimentação. Assinale a alternativa CORRETA, segundo as teorias evolucionistas. a) Este é um caso de homologia entre órgãos, relacionado com a existência de ancestral comum. Evolução 114 b) É um caso de divergência adaptativa sem que tenha existido ancestral comum. c) É um caso de analogia, onde os órgãos derivam de um único aparelho comum. d) Não existe relação alguma entre os diferentes aparelhos bucais dos insetos. e) É um caso de convergência adaptativa onde os insetos aparentados estão desenvolvendo lentamente alterações nos aparelhos bucais, sendo que no futuro as diferenças inexistirão. 04) A mutação é fonte de variabilidade genética. Sobre a mesmaé CORRETO afirmar que: a) é uma reorganização da molécula ribose de DNA humano. b) altera a estrutura do nucléolo impedindo a síntese de amido nos animais. c) é uma alteração do material genético dos seres vivos. d) sempre promove a formação de novas espécies. e) está livre da atuação da seleção natural. 05) A migração é um processo que consiste na entrada e saída de indivíduos de uma população. Com relação a este processo é CORRETO afirmar que: a) é uma das principais fontes de variabilidade genética para as espécies. b) ele não é considerado um fator evolutivo. c) junto com a deriva genética, sempre leva ao aumento da variabilidade genética das espécies. d) através da emigração, pode haver a eliminação de variabilidade genética em uma população. e) nunca produz alterações nas frequências gênicas. 06) Leia as afirmativas abaixo, com relação à evolução dos seres vivos. I. O mecanismo da evolução caracteriza-se basicamente por uma mudança na frequência de certos genes na população, causada por mutação, seleção natural, isolamento geográfico e reprodutivo ou deriva genética. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 115 II. Quando através do isolamento geográfico, uma população se torna diferente da população original e atinge um isolamento reprodutivo, dizemos que surgiu uma nova espécie. III. A mutação é uma alteração na sequência de bases do DNA, podendo ser espontânea ou provocada por agentes ambientais. Somente as mutações que ocorrem nas células reprodutoras têm importância evolutiva. IV. Segundo Darwin, através da seleção natural, as espécies serão representadas por indivíduos cada vez mais adaptados ao ambiente em que vivem. Dessas afirmativas, admitem-se como verdadeiras as indicadas na opção: a) Afirmativas I, II, III e IV. d) Apenas I, II e III. b) Apenas I e II. e) Apenas I, III e IV. c) Apenas II e III. 07) “A descoberta da penicilina e de outras drogas, naturais ou sintéticas, fez a humanidade acreditar que tinha armas definitivas para vencer a guerra contra as bactérias causadoras de doenças. A cada momento surgem bactérias mais resistentes a drogas, algumas quase invulneráveis, tornando-se uma grave ameaçada à saúde humana.” (CIÊNCIA HOJE, maio de 1998.) O surgimento de indivíduos resistentes não ocorre somente no reino das bactérias. Assistimos ao aparecimento de protozoários, insetos, ervas e outros seres vivos. O processo é acelerado graças à intervenção desorganizada e inconsciente do homem. O uso indiscriminado de antibióticos, inseticidas e herbicidas têm provocado o aparecimento de seres, resistentes. A resistência é, e provavelmente, será um dos grandes problemas da humanidade, porque é causada pelo que há de mais natural e essencial para a origem e evolução das espécies: I. a mutação espontânea, erro que, neste caso, deve ocorrer nas células reprodutoras durante a duplicação do DNA. Evolução 116 II. a recombinação genética, a qual consiste na troca de pedaços de cromátides durante a prófase I da mitose. III. seleção natural, a qual permite a manutenção dos indivíduos mais adaptados. Está(ão) correta(s) a(s) afirmativa(s): a) I, II e III. d) II e III. b) I e II. e) Somente a alternativa I. c) I e III. 08) Na natureza, indivíduos de espécies diferentes raramente se acasalam. Algumas vezes isso acontece, resultando em embriões que não se desenvolvem ou em descendentes estéreis ou de fertilidade reduzida. Esse esforço reprodutivo, que nem sempre compensa, é resultado de: a) Recombinação gênica. b) Mutação gênica. c) Mecanismos que favorecem o acasalamento entre espécies diferentes. d) Mecanismos que conduzem ao isolamento reprodutivo. e) Ligação e permuta genética. 09) Considerando-se “estruturas análogas as que possuem a mesma função, porém origens embrionárias diferentes, e estruturas homólogas as que possuem a mesma origem embrionária podendo ou não apresentar as mesmas funções”, devemos afirmar que: a) as asas do morcego são análogas às dos insetos. b) as asas das aves são análogas às dos insetos. c) os membros superiores dos homens, as nadadeiras das baleias e as asas dos morcegos são órgãos homólogos. d) as asas dos morcegos são homólogas às das aves. e) todas as alternativas estão corretas. 10) Assinale a(s) afirmativa(s) correta(s). (01) As mutações nem sempre alteram a composição genética das populações onde ocorrem. (02) A suscetibilidade às mutações pode variar de acordo com o FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 117 tipo de célula, loco gênico, sexo e fatores ambientais. (04) Os diferentes alelos de um mesmo loco gênico surgem em consequência de erros durante o processo de replicação do ácido desoxirribonucléico (DNA). (08) As mutações gênicas provocadas por agentes mutagênicos não podem ser consideradas pela moderna teoria evolucionista como um dos fatores evolutivos intrínsecos da evolução. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 11) Com base na análise dos gráficos abaixo, julgue as afirmativas. ( ) A seleção forte restringe a variabilidade genética e elimina os fenótipos desviantes. ( ) A seleção fraca atua permanentemente sobre todas as populações, mesmo em ambientes estáveis e constantes. ( ) A ação da seleção forte consiste em excluir genótipos menos adaptados a uma determinada condição ecológica. ( ) A seleção fraca atua da seguinte forma: evita a eliminação de determinados genes em uma população constante e estável. 12)“Modernamente, o mutacionismo sofreu alguns acréscimos, foi aperfeiçoado em certos detalhes e se constituiu na nova Teoria Sintética da Evolução, que é a teoria da atualidade para explicar como as espécies se transformaram no tempo e originaram a imensa variedade dos seres que hoje conhecemos.” (Texto extraído do livro “Biologia - volume único”, de José Luís Soares, 1997, p. 286). Com relação à Teoria Sintética da Evolução, é CORRETO afirmar que (01) considera a seleção natural como fonte de variabilidade genética. Evolução 118 (02) as mutações adaptativas ocorrem ao acaso, não admitindo a procura intencional da evolução. (04) a seleção natural não preserva necessariamente os mais aptos. (08) o isolamento (geográfico e sexual) é um fator importante para a evolução. (16) os primeiros seres vivos surgiram por geração espontânea. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 13)Em relação à evolução biológica, I. De acordo com a teoria sintética ou sincrética, as espécies se transformaram no tempo e originaram a imensa variedade de seres hoje conhecidos. II. De acordo com a teoria sintética ou sincrética, o isolamento é bastante importante no processo de evolução. III. Se um grupo de indivíduos com uma nova característica se segrega dos demais indivíduos da população, esse grupo pode isolar-se apenas sexualmente e não geograficamente por migrações para regiões afastadas. IV. Tanto o isolamento como as mutações e a seleção natural são processos que levam à especiação. (01) Se II e IV estão corretos, o único processo que leva à especiação não é nem o isolamento, nem as mutações e nem a seleção natural, e sim a variação do gene pool populacional. (02) Se III estiver correto é dessa forma que o homem tem provocado intensamente essa segregação em animais domésticos. (04) Se IV estiver correto, esses são os processos que levaram ao aparecimento dos grupos étnicos no homem e à sua evolução para espécies distintas. (08) Se II estiver correto, é porque sem isolamento não há especiação. (16) Se I e III estão corretos, a teoria sintética ou sincrética é baseada apenas no acaso e na luta pela vida. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 119 (32) Se I estiver correto, um dos pontos em que se baseia a teoriacitada é o isolamento (geográfico ou sexual) do tipo novo em relação ao tipo original. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 14)Em condições ambientais estáveis age um tipo de seleção, que tende a eliminar os indivíduos cujos caracteres afastam-se da média. O tipo de seleção natural descrita no texto é: a) Direcional d) Sexual; b) Estabilizadora; e) Disjuntiva. c) Disruptiva; 15) No desenvolvimento da resistência bacteriana a antibióticos usados em larga escala, e da resistência de moscas a inseticidas, a própria droga provoca a eliminação dos portadores de genótipos sensíveis, favorecendo a proliferação de genótipos resistentes. Estes casos são decorrentes da atuação de: a) migração gênica. d) oscilação genética. b) mutação genética. e) especiação. c) seleção direcional. 16) Se uma população ficar isolada, ou seja, se não ocorrer fluxo gênico entre ela e a população original, constituir-se-á uma nova população. Como consequência, a partir deste momento, as duas populações passam a ter história evolutiva independente e poderão começar a diferenciar-se. A velocidade com que as diferenças surgirão entre as duas populações dependerá de diversos fatores e será maior se: a) Inicialmente a população nova for igual à original pelo efeito do fundador. b) As áreas ocupadas pelas duas populações forem diferentes, o que causará seleção igual. c) As duas populações possuírem baixa variabilidade genética, fornecendo um menor número de opções à seleção. Evolução 120 d) As duas populações forem grandes e apresentarem mais fêmeas do que machos. e) As duas populações passarem por períodos de redução drástica de tamanho, o que aumenta a probabilidade de ocorrerem alterações genéticas casuais. 17) A maioria das populações apresenta uma diversidade genética considerável. Marque a alternativa que contém conhecimentos que justificam corretamente a não ocorrência de perda da diversidade genética de uma espécie ao longo do tempo. a) A deriva genética, a seleção estabilizadora e a seleção direcional não influenciam na perda da diversidade genética dentro da população, pois seus efeitos acontecem somente em grandes populações. b) Mesmo organismos que normalmente compõem populações de grande tamanho podem, ocasionalmente, sofrer os efeitos do “gargalo-de- garrafa populacionais”, em que a diversidade genética não poderá sofrer redução devido à deriva genética. c) A reprodução sexual aumenta o potencial evolutivo das populações e em grandes populações existem diferenças entre subpopulações. As mutações neutras acumulam-se nas espécies, e pode ocorrer seleção dependente das frequências, pelos polimorfismos. d) A deriva genética altera as frequências alélicas de algumas populações, mas só pode competir com a seleção natural em populações grandes, onde a diversidade genética existente é mantida em subpopulações distintas. e) A recombinação genética não influencia na perda e na manutenção da diversidade genética, pois a reprodução sexual não tem interferência nas frequências alélicas. 18) Considere o texto a seguir. “Em uma cidade, havia uma população de insetos na qual predominavam os indivíduos claros, que se confundiam com os líquens existentes na casca das árvores sobre os quais pousavam. Com a FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 121 poluição, os líquens desapareceram e os troncos tornaram-se enegrecidos, beneficiando os insetos escuros. Verificou-se, então, que estes passaram a predominar sobre os insetos claros.” Ele relata um exemplo de: a) herança de caracteres adquiridos. b) melhoramento genético. d) especiação. c) mutação gênica. e) seleção natural. 19) De acordo com o conceito atual da evolução: a teoria sintética ou neodarwinismo, seria correto afirmar: a) A evolução se dá através da ocorrência de macromutações, responsáveis pela origem de novos indivíduos radicalmente diferentes de seus ancestrais. b) Os indivíduos que vencem a “luta pela sobrevivência” são os que determinam o rumo da evolução, não importando se produzem descendentes. c) Tanto a mutação quanto a seleção natural atuam no processo evolutivo. d) Apenas a seleção natural atua no processo evolutivo. e) Tanto a mutação quanto a seleção natural não atuam no processo evolutivo. 20)“A ideia de que organismos evoluem passou, no decorrer do último século, de conjectura a fato”, escrevem os Grants em Notícias de Galápagos, a revista da estação de pesquisa Charles Darwin. “Com a aproximação do final do século, estamos experimentando uma outra transformação. A idéia de que a temperatura do mundo está gradualmente subindo se tornou amplamente aceita como um fato comprovado”. .................................................................................... O aquecimento global é de especial interesse para as ilhas Galápagos porque ali o ciclo das estações é orientado pelas correntes oceânicas. Metade do ano o arquipélago é banhado por águas frias, a outra metade, por águas mornas. (...) Evolução 122 Não fossem essas correntes alternantes, as ilhas não teriam estação alguma, visto estarem exatamente na linha do equador. Nem teriam sua estranha fauna e flora. É por estarem no local de encontro de águas do sul e do norte que ali a relação de passageiros varia tanto, incluindo não apenas lagartos tropicais, mas também focas polares, não só flamingos dos trópicos, mas também pinguins – os únicos pinguins no equador. .................................................................................... E mais, as Galápagos se localizam perto de um dos pontos de pressão chave do sistema de circulação global: o local onde nasce o El Niño. .................................................................................... Realmente deve ter sido por um capricho dessas correntes inconstantes que os primeiros tentilhões chegaram lá. Os ventos e correntes ajudaram os tentilhões de Darwin a serem o que eles são e ainda hoje continuam moldando esses pássaros. (WEINER, p. 274-5 – texto adaptado) Com base na análise do texto e em relação ao processo evolutivo e suas repercussões, pode-se inferir: (01) Eventos ecológicos e genéticos constituem a base do processo de especiação. (02) As mudanças ambientais orientam os caminhos evolutivos, conferindo diferentes valores adaptativos às variações hereditárias. (04) As condições peculiares das Galápagos tornaram-nas um “laboratório” para “experimentos evolutivos naturais” que favoreceram a especiação como a dos tentilhões. (08) O mecanismo evolutivo preserva caracteres mais convenientes para a espécie, sob determinadas condições. (16) A chegada dos tentilhões às Galápagos, por força do acaso, nega a ideia de adaptação no processo evolutivo. (32) A coexistência de organismos oriundos de regiões extremamente distintas, em Galápagos, fragilizou as ideias de Darwin sobre a ocorrência da evolução. (64) A evolução biológica é um processo permanente na biosfera, FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 123 com o sucesso de espécies mais capacitadas para explorar o meio. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 21) Vários fatores atuam no processo evolutivo, porém, o único que fornece material genético novo ao conjunto gênico preexistente é: a) Mutação gênica. d) Recombinação gênica. b) Seleção natural. e) Isolamento reprodutivo. c) Oscilação genética. 22) A evolução biológica consiste em modificações da composição genética de uma população ao longo do tempo. Os fatores evolutivos, tais como: mutações, fluxo gênico, deriva genética, cruzamento preferencial e seleção natural, modificam as frequências alélicas e genotípicas em uma população. Analise as proposições sobre as mudanças na estrutura genética de populações e marque a alternativaque está totalmente correta. a) As taxas de mutações são geralmente bastante baixas e são tão lentas que a mutação, sozinha, não pode responder pelas rápidas mudanças genéticas das populações e espécies. As taxas de mutações espontâneas são baixas, e, mesmo que fossem duplicadas, por ação de mutágenos, ainda seriam baixas, e, em populações bastante grandes, seus efeitos são tão pequenos, que podem ser ignorados. b) A migração, mesmo sem cruzamentos, pode ocasionar o fluxo gênico e acrescentar novos alelos ao pool genético da população a ponto de modificar as frequências de alelos já presentes, caso venham de populações com frequências alélicas diferentes. Entretanto, a taxa de migração, assim como a de mutação, é sempre pequena e não altera as características genéticas da população receptora. c) A deriva genética só provoca grandes modificações e só compete com a seleção natural em populações grandes, pois, em populações pequenas, seus efeitos são minimizados pelo fato de que esse processo ocorre em poucos loci das populações e não influi na direção da mudança das frequências alélicas, mesmo na presença de outro fator evolutivo. Por causa da ação da deriva genética, alelos deletérios têm sua frequência Evolução 124 diminuída e alelos vantajosos, em frequências altas, podem ser perdidos. d) Os cruzamentos, no equilíbrio de Hardy-Weinberg, não podem acontecer ao acaso, e as frequências dos genótipos homo e heterozigotos são alteradas pela seleção natural, logo ocorrem mudanças na estrutura genética de uma geração para outra. e) A seleção natural é o único fator evolutivo que adapta as populações aos seus ambientes e atua sempre mantendo constantes as frequências alélicas ao longo do tempo. Como resultado, a seleção natural tende a diminuir a variação genética da população. 23) O conhecimento do processo evolutivo é fundamental para a compreensão da vida. O estudo de fósseis é uma importante evidência de que a evolução dos organismos ocorreu. Com relação a esse estudo, é CORRETO afirmar que: (01) fósseis são restos ou vestígios de seres que viveram no passado. (02) os tipos de fósseis encontrados em determinada camada de solo refletem a flora e a fauna existentes no local, por ocasião da formação das rochas. (04) a partir de uma parte do corpo, de uma pegada ou de uma impressão corporal, é possível deduzir o tamanho e a forma dos organismos que as deixaram. (08) o método do carbono 14 auxilia na determinação da idade de um fóssil. (16) não foram encontrados, até o momento, registros fósseis no sul do Brasil. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. Para as questões 24 e 25: “Pelo menos 15 lagartos da espécie Iguana iguanachegaram a uma ilha do Caribe — Anguilla —, por um meio fora do comum: uma balsa formada por árvores arrancadas de outra ilha por um furacão, em 1995. A chegada dessas iguanas verdes confirma um dos mecanismos que os FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 125 biólogos propuseram para explicar a dispersão de espécies terrestres. Nas ilhas do Caribe costumam existir duas espécies desse lagarto — Iguana delicatissimae Iguana iguana. Em geral, a ilha que tem uma, não costuma ter a outra. A última observação de I. iguana em Anguilla foi de uma fêmea em condições reprodutivas, em março de 1998. Como na população da balsa havia tanto machos como fêmeas, é possível que o processo de colonização esteja avançando.” (Folha de S. Paulo, p. 8) 24) A situação descrita, no contexto da diversificação das espécies, envolve ( ) o surgimento da espécie Iguana iguana, em um curto período de tempo. ( ) a migração como um fator que uniformiza o gene pool de I. iguanae I. delicatissima. ( ) a reprodução por partenogênese como estratégia de espécies terrestres invasoras. ( ) pressões seletivas compatíveis com a sobrevivência de I. iguanaem Anguilla. ( ) a participação de eventos casuais na distribuição de uma espécie. ( ) a migração de um número de iguanas suficiente para dar início à colonização da ilha. 25)A distribuição de iguanas nas ilhas do Caribe evidencia ( ) o papel da competição inter-específica, com prejuízo para uma das espécies. ( ) os hábitos herbívoros dos lagartos, que condicionam a sua permanência em árvores. ( ) a alta endemicidade de Iguana iguanaem Anguilla. ( ) a plena expressão do potencial biótico das populações de iguana. ( ) a importância da alopatria na manutenção da diversidade de iguanas. Evolução 126 26)As afirmações abaixo se referem a adaptações morfológicas relacionadas a hábitos de diferentes animais. I. As aves de rapina, tais como gaviões e corujas, por serem predadoras típicas, apresentam bico longo e pontudo e pernas compridas, aumentando a velocidade de deslocamento. II. As pererecas apresentam discos adesivos em suas patas, o que lhes confere o comportamento mais arborícola dentre os anfíbios. III. Os morcegos, por serem animais noturnos desenvolveram um eficiente sistema de orientação pelo som, chamado de ecolocação. Quais estão corretas? a) Apenas I. d) Apenas II e III. b) Apenas I e II. e) I, II e III. c) Apenas I e III. 27) Áreas com alta incidência de Malária • 85% de indivíduos siclêmicos • 15% de indivíduos normais Áreas com baixa incidência de Malária • 40% de indivíduos siclêmicos • 60% de indivíduos normais Observando os dados dos quadros acima, pode-se afirmar que as diferenças entre as porcentagens de indivíduos que possuem anemia falciforme, decorre da a) irradiação adaptativa.d) seleção artificial. b) seleção natural.e) sobreposição de nicho. c) convergência adaptativa. 28) O funcionamento normal do organismo depende da estabilidade do material genético contido nos cromossomos, ou seja, as sequências nucleotídicas do DNA devem ser acuradamente replicadas e conservadas. A falta de estabilidade numa sequência de nucleotídeos do DNA, considerada FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 127 vital e herdável, consequentemente resultará em mutação. Assinale a(s) alternativa(s) correta(s) em relação ao tema Agentes Mutagênicos. (01) A anemia siclêmica ou falciforme constitui um exemplo de mutação por deficiência, ou seja, há perda de um ou mais nucleotídeos no DNA presente nas células somáticas. (02) As mutações ocorrem visando possibilitar a adaptação do indivíduo ao ambiente, as que ocorrem nas células somáticas são as de maior importância para a evolução, pois incrementam o conjunto gênico da população. (04) As mutações denominadas induzidas são aquelas provocadas por agentes mutagênicos químicos, físicos e necessitam ocorrer em todas as células do organismo. (08) Alguns fatores como as radiações (α, β, γ, X e a luz ultravioleta), substâncias químicas (ex: nicotina, talidomida) e alguns vírus (rubéola, sífilis, hepatite) mostram claramente que não são somente os fatores genéticos (predisposição gênica) os únicos agentes responsáveis pelas mutações no DNA. (16) O efeito da mutação em uma população só pode ser observado a longo prazo por causa da necessidade de ser herdável e porque existem determinadas condições sob as quais a mutação não é inovadora, ou seja, não traz novidades. Ao surgir, as repetitivas vão modificar a frequência do gene que representam, o que, de certa forma, também contribuirá para alterar a composição genética dessa população. (32) Devido aos avanços recentes na determinação das sequências de nucleotídeos do DNA, podemos visualizar a especificidade mutacional em nível molecular. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 29)A resistência bacteriana aos antibióticos, um exemplo de seleção natural que leva à adaptação evolutiva, pode ser interpretada de diferentes formas: I. Osantibióticos modificam gradativamente as bactérias, que se adaptam aos poucos às drogas, tornando-se resistentes. II. Os antibióticos selecionam as bactérias que apresentam Evolução 128 resistência genética a eles. Ao se reproduzirem, essas bactérias transmitem suas características genéticas à descendência, formando as novas populações, agora adaptadas. III. A adaptação das bactérias aos antibióticos pode ocorrer por meio de mutações induzidas após o contato primário das bactérias com os antibióticos. Está(ão) correta(s): a) Somente a II. d) Somente a III. b) I e II. e) Somente a I. c) I e III. 30)Correlacione os fenômenos enumerados com os algarismos arábicos 1, 2, 3 e 4 às definições ou aos conceitos, expressos nas afirmativas de I a IV. 1: Evolução. 2: Mutação. 3: Adaptação. 4: Especiação. I. Modificações nas frequências gênicas das populações através do tempo, orientadas pela seleção natural. II. Modificação ao acaso nos genes ou cromossomos, acarretando variação genética. III. Modificações de estruturas e funções em um grupo, que favorecem sua sobrevivência. IV. Determinada pelo isolamento reprodutivo, que pode ter como causa o isolamento geográfico. A alternativa correta é: a) I-4; II-2; III-3; IV-1. d) I-1; II-2; III-3; IV-4. b) I-3; II-1; III-2; IV-4. e) I-1; II-3; III-4; IV-2. c) I-2; II-3; III-4;IV-1. 31) Algumas modificações evolutivas ocorridas nos vertebrados aquáticos primitivos permitiram a conquista do ambiente terrestre. Assinale a alternativa que contém exemplos de anexos embrionários que provavelmente surgiram durante esta conquista: FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 129 a) vesícula vitelínica e alantóide. b) âmnio e alantóide. c) placenta e vesícula vitelínica. d) vesícula vitelínica e âmnio. e) placenta e âmnio. 32)“Desde 1995 alguns estados norte-americanos estão excluindo o ensino da teoria de evolução biológica dos seus currículos escolares alegando, entre outras razões, que ninguém estava presente quando a vida surgiu na Terra. Alguns cientistas defendem a teoria da evolução argumentando que, se é necessário “ver para crer”, então não poderemos acreditar na existência dos átomos, pois estes também não podem ser vistos.” (Adaptado da ISTOÉ, 25/08/1999.) a) Apresente três evidências que apoiam a teoria da evolução biológica. b) A mutação gênica é considerada um dos principais fatores evolutivos. Por quê? 33) Durante o processo evolutivo, a sobrevivência dos indivíduos de uma determinada espécie depende da estabilidade genética. Entretanto, pode ocorrer uma alteração permanente numa sequência de DNA, capaz de destruir um organismo. Essa alteração na sequência de DNA e a eliminação do indivíduo são fenômenos que podem ser explicados pela ocorrência, respectivamente, de: a) especiação e ortogênese b) mutação e seleção natural c) oscilação genética e epigênese d) variação hereditária e isolamento ecológico 34) Numa população muito grande, onde ocorram todos os tipos de cruzamento possíveis e esses cruzamentos se deem ao acaso entre os indivíduos de diferentes genótipos e onde não esteja atuando nenhum dos Evolução 130 fatores evolutivos, as frequências dos alelos dessa população, ao longo das gerações, devem: a) permanecer constantes, uma vez que a população está em equilíbrio gênico. b) direcionar a população a aumentar a quantidade de indivíduos homozigóticos. c) variar, aumentando a frequência dos alelos dominantes, devido à seleção natural. d) direcionar a população a aumentar a quantidade de indivíduos heterozigóticos. e) aumentar em direção aos recessivos, uma vez que não ocorrerá a seleção natural. 35) A seleção natural pode agir sobre a diversidade das populações de maneiras diferentes, selecionando grupos de indivíduos portadores de determinadas características. O gráfico ao lado representa um modo de ação da seleção sobre grupos de indivíduos, enfocando a característica peso corporal. Marque a alternativa que mostra corretamente a forma de seleção. a) Disruptiva b) Direcional d) Convergente c) Lamarckista e) Estabilizadora 36) São princípios da Teoria Moderna da Evolução: a) deriva gênica e seleção natural. b) variabilidade genética e adaptação dos mais aptos. c) fluxo gênico e especiação. d) mutações gênicas e extinção em massa. e) aneuploidias e homeostase. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 131 37)Ao observarmos o voo de uma ave e o voo de um inseto, podemos deduzir que as asas de cada um funcionam e são utilizadas para um mesmo objetivo. Entretanto, a origem embriológica das asas de aves e insetos é diferente. Essas características constituem exemplo de: a) seleção natural. d) seleção sexual. b) seleção artificial. e) mimetismo. c) convergência evolutiva. 38)Infecção hospitalar, cada vez mais comum nos últimos tempos, é altamente preocupante uma vez que as bactérias responsáveis por ela são resistentes a um grande número de antibióticos. Essa resistência é consequência do fato de as bactérias a) mutarem para se adaptar aos antibióticos, transmitindo essa mutação a seus descendentes. b) mutarem para se adaptar aos antibióticos, embora sejam incapazes de transmitir essa mutação a seus descendentes. c) modificarem seu metabolismo para neutralizar o efeito dos antibióticos usados nos hospitais. d) sofrerem seleção devido à ampla utilização de antibióticos, produzindo somente linhagens resistentes. e) sofrerem mutações contínuas, que as tornam cada vez mais patogênicas. 39) O gráfico ao lado relaciona a distribuição de pesos de recém-nascidos em uma população humana (histograma) e a porcentagem de mortalidade precoce entre eles (curva). Os dados mostram que o menor índice de mortalidade precoce ocorre a) no grupo de maior peso, ocorrendo seleção direcional. b) no grupo de peso médio, ocorrendo seleção estabilizadora. c) nos grupos de pesos extremos, ocorrendo seleção estabilizadora. Evolução 132 d) no grupo de menor peso, ocorrendo seleção diversificadora. e) no grupo de menor peso, ocorrendo seleção natural. 40)Uma das grandes questões da biologia evolutiva é compreender os mecanismos que mantêm a variabilidade genética nas populações naturais. Sabe-se que a a)) seleção natural pode manter a variabilidade genética de várias maneiras, dentre elas a seleção dependente de frequência. b) endogamia pode manter a variabilidade genotípica, contribuindo assim para a manutenção dos heterozigotos. c) deriva genética é o único fator importante em populações muito grandes, repondo os alelos perdidos por seleção natural. d) seleção natural elimina os alelos que conferem menor valor adaptativo e, assim, sempre diminui a variabilidade genética. e) variabilidade é mantida pelas novas mutações que surgem nas populações, alterando drasticamente a frequência dos alelos a cada geração. 41)”Toxinas são comuns em insetos e estes podem ‘emprestar’ compostos tóxicos das plantas das quais se alimentam. Por exemplo, o gafanhoto Poekilocerusbufoniusalimenta-se de plantas leitosas (asclepiadáceas) que contêm uma série de toxinas complexas capazes de alterar funções cardíacas _ os assim chamados cardenolídeos. O gafanhoto os extrai do alimento e os armazena em uma glândula de veneno. Quando atacado por predadores, defende-se ejetando um spray rico nessas toxinas. Quando mantido com uma dieta sem asclepiadáceas, o conteúdo de cardenolídeos no spray é bastante reduzido.” (BARNES, R. S. K., CALOW, P., OLIVE, P. J. Os Invertebrados: uma nova síntese. São Paulo: Atheneu, 1995. p. 347) Este exemplo constitui um tipo de a) parentesco evolutivo. d)) coevolução. b) seleção disruptiva. e) homologia. c) oscilação genética. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidadee Conservação 133 Atenção: Para responder às questões de números 42 e 43 considere as informações que seguem. “Recentemente foram descritos cinco novos gêneros de lagartos microteídeos pertencentes à família Gymnophthalmidae. Os indivíduos dos novos gêneros habitam campos de dunas às margens do Rio São Francisco, no domínio morfoclimático da caatinga brasileira. Todos apresentam corpo alongado, membros dianteiros reduzidos e não têm pálpebras. A partir das análises morfológicas e de sítios de restrição no DNA mitocondrial dos gêneros indicados, obteve-se a seguinte hipótese filogenética:” 42) A redução dos membros e a ausência de pálpebras ocorrem nos cinco novos gêneros da família Gymnophthalmidae. De acordo com o cladograma apresentado, tais características indicam a) eventos evolutivos múltiplos. b) ausência de seleção. c) convergência adaptativa. d) eventos aleatórios. e)) ancestralidade comum. 43) Para explicar a redução dos membros dos lagartos em estudo, foi proposta a seguinte hipótese evolutiva: “Os membros, presentes nos lagartos ancestrais, dificultavam a locomoção na areia e, gradualmente, atrofiaram. As alterações somáticas responsáveis pela atrofia dos membros eram incorporadas nas células germinativas e transmitidas à descendência.” Essa hipótese é compatível com a teoria a) neodarwinista. d)) lamarckista. b) de Wallace. e) de Weissman. c) sintética. Evolução 134 44)Alelos responsáveis por doenças humanas de herança autossômica recessiva intrigam os cientistas por ocorrerem em frequências elevadas em certas populações. Considerando-se que frequentemente inviabilizam a reprodução do indivíduo homozigótico, sua elevada frequência nessas populações pode decorrer a)) do valor adaptativo mais elevado dos heterozigotos. b) da taxa de mutação mais elevada. c) do excessivo fluxo gênico nessas populações. d) da migração e dispersão dos alelos mutados. e) do excesso de recombinação genética. 45) Analise o texto a seguir, extraído da revista Newsweek: “Cientistas da Inglaterra e dos Estados Unidos fazem um alerta contra o uso exagerado de antibióticos. De tanto serem bombardeadas com penicilinas e inúmeros tipos de antibióticos, as bactérias resistentes prevalecerão sobre as normais e, portanto, estamos a caminho de um desastre médico”. a) Como Darwin explicaria o aumento progressivo, entre as bactérias, de formas resistentes a antibióticos? b) Segundo os princípios neodarwinistas, por que estamos a caminho de um desastre médico? 46)A figura ao lado ilustra um exemplo de prova anatômica da Evolução. anatômica da Evolução. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 135 Assinale a alternativa que estabelece a relação correta entre um conceito e a sua representação. a) Lei da recapitulação que caracteriza a ontogênese. b) Lei do uso e do desuso que se refere aos órgãos vestigiais que perderam a função primitiva. c) Analogia de órgãos que apresentam a mesma função. d) Homologia de órgãos que apresentam a mesma origem embrionária. e) Convergência adaptativa que relaciona ancestrais, ocupando o mesmo habitat. 47) Os cetáceos, como as baleias e os golfinhos, conservam escondidos, na musculatura, pequeninos ossos que correspondem aos membros posteriores dos mamíferos terrestres. No homem, existe, na última parte da coluna vertebral, o cóccix, formado por 4 vértebras fundidas, remanescentes da cauda de nossos ancestrais, ainda visível em muitos mamíferos. Que tipo de evidência evolutiva caracteriza os exemplos apresentados? a) Órgãos homólogos. b) Caracteres larvais. d) Órgãos análogos. c) Órgãos vestigiais. e) Convergência adaptativa. 48) As mutações podem ser gênicas ou cromossômicas. As mutações cromossômicas podem ser numéricas ou estruturais. Considerando esses conceitos analise a proposição a seguir e depois responda: a alteração de uma enzima provocada pela substituição de um aminoácido por outro é decorrência de um evento denominado: a) Mutação. b) Não-disjunção. c) Deleção. d) Translocação. e) Inversão. Evolução 136 49) Usada para dar estabilidade aos navios, a água de lastro acarreta grave problema ambiental: ela introduz indevidamente, no país, espécies indesejáveis do ponto de vista ecológico e sanitário, a exemplo do mexilhão dourado, molusco originário da China. Trazido para o Brasil pelos navios mercantes, o mexilhão dourado foi encontrado na bacia Paraná-Paraguai em 1991. A disseminação desse molusco e a ausência de predadores para conter o crescimento da população de moluscos causaram vários problemas, como o que ocorreu na hidrelétrica de Itaipu, onde o mexilhão alterou a rotina de manutenção das turbinas, acarretando prejuízo de US$ 1 milhão por dia, devido à paralisação do sistema. Uma das estratégias utilizadas para diminuir o problema é acrescentar gás cloro à água, o que reduz em cerca de 50% a taxa de reprodução da espécie. GTÁGUAS, MPF, 4.ª CCR, ano 1, n.º 2, maio/2007 (com adaptações). De acordo com as informações acima, o despejo da água de lastro a) é ambientalmente benéfico por contribuir para a seleção natural das espécies e, consequentemente, para a evolução delas. b) trouxe da China um molusco, que passou a compor a flora aquática nativa do lago da hidrelétrica de Itaipu. c) causou, na usina de Itaipu, por meio do microrganismo invasor, uma redução do suprimento de água para as turbinas. d) introduziu uma espécie exógena na bacia Paraná-Paraguai, que se disseminou até ser controlada por seus predadores naturais. e) motivou a utilização de um agente químico na água como uma das estratégias para diminuir a reproduçãodo mexilhão dourado. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 137 50) São características do tipo de reprodução representado na tirinha: a) simplicidade, permuta de material gênico e variabilidade genética. b) rapidez, simplicidade e semelhança genética. c) variabilidade genética, mutação e evolução lenta. d) gametogênese, troca de material gênico e complexidade. e) clonagem, gemulação e partenogênese. GABARITO: 01) C; 02) D; 03) A; 04) C; 05) A; 06) A; 07) A; 08) C; 09) E; 10) 03; 11) VVVV; 12) 02+08=10; 13) 01+04=05; 14) B; 15) C; 16) E; 17) C; 18) E; 19) C; 20) 01+04+64=69; 21) A; 22) A; 23) 15; 24) FVFFVV; 25) VVFFV; 26) D; 27) B; 28) 08+16=24; 29) A; 30) D; 31) D; 32) a) Presença de fósseis, que indicam as modificações dos organismos através do tempo; estudos de embriologia comparada; existência de homologia e analogia (bioquímica, morfológica, genética, fisiológica e molecular). b) Porque a Evolução 138 mutação produz alterações no genótipo, proporcionando variabilidade dentro da espécie. Estas novas mudanças serão submetidas à seleção natural que selecionará os mais aptos em seu meio ambiente e eliminará ao longo do tempo os indivíduos menos aptos (adaptados). 33) B; 34) A; 35) B; 36) B; 37) C; 38) D; 39) B; 40) A; 41) D; 42) E; 43) D; 44) A; 45) a) Darwin diria que os antibióticos agiram como fatores de seleção e selecionaram as bactérias resistentes. b) Estamos a caminho de um desastre médico devido às mutações, alterações estáveis de material genético. A resistência bacteriana ocorre devido às mutações; é um fator genético, que passa de uma bactéria para as suas descendentes. O uso contínuo de antibióticos pode fazer com que linhagens de bactérias sejam resistentes a vários antibióticos simultaneamente. 46) D; 47) C; 48) A; 49) E; 50)B. Atividade Vamos aprofundar estudos nestes temas. Faça uma pesquisa para entender a Teoria do Equilíbrio Pontuado. Na mesma pesquisa busque elementos sobre a diferença entre Macromutações e Micromutações. Com todo este conteúdo pesquisado, que tal construir um artigo falando sobre a “Evolução do Olho Humano”. Não vale pesquisar nainternet textos já prontos, construa suas próprias ideias com base no que pesquisou, aplicado a complexa estrutura do olho humano. No seu texto, que pode ter até 10 (dez) laudas, não esqueça de aplicar seus conhecimentos e conceitos com base nas seguintes estruturas do olho humano: cristalino – retina – nervo óptico – pupila – córnea. Cada estrutura destas tem papel fundamental no funcionamento do olho e tiveram seu aparecimento pautado numa complexa evolução. Bom trabalho! Para finalizar... Os assuntos que você estudou nesta unidade ainda são bastante palpitantes, porque boa parte das pessoas mundo afora ainda não aceitam alguns destes conhecimentos. Que tal fazer uma síntese do que aprendeu para começar bem a próxima Unidade? Bom trabalho! FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 139 Resumo Nesta unidade o estudante se deparou com as principais teorias evolutivas. Conheceu um pouco sobre o Fixismo, o Lamarckismo e o Darwinismo, compreendendo por que a Teoria Sintética da Evolução também se chama Neodarwinismo. Fizemos um passeio teórico pelo conhecimento da base científica da Evolução. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 141 UNIDADE 3 ADAPTAÇÃO E ESPECIAÇÃO OBJETIVOS Compreender as estratégias adaptativas que permitiram a ocorrência do processo evolutivo. Entendero Equilíbrio de Hardy-Weimberg e sua relação com processo evolutivo. Entender e explicar os mecanismos de formação de novas espécies. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 143 1.Adaptação 2 O termo Adaptação(Fig. 12) possui dois significados em biologia evolutiva. O primeiro refere-se a características que aumentam a sobrevivência e o sucesso reprodutivo dos indivíduos que as possuem. Acredita-se, por exemplo, que as asas são adaptações para o voo; a teia de uma aranha é uma adaptação para a captura de insetos voadores e assim por diante. O segundo significado refere-se ao processo pelo qual essas características são adquiridas – ou seja, os mecanismos evolutivos que as produzem. Os biólogos consideram um organismo bem-adaptado a determinado ambiente quando é possível imaginar (ou ainda melhor, medir sua performance) um organismo minimamente diferente do anterior que se reproduz ou sobrevive com uma menor eficiência do que esse no mesmo ambiente. Ou seja, adaptação é um conceito relativo. Para compreender a adaptação, os biólogos devem comparar a performance de indivíduos (da mesma espécie ou de espécies diferentes) que diferem entre si em Fig. 12 – Adaptação: uma necessidade imposta pelo mecanismo de Seleção Natural. Fonte: http://pt.slideshare.net/RosanaSantosQuirino/ adaptao-dos-seres-vivos. Evolução 144 determinadas características. É possível, por exemplo, para investigar a natureza adaptativa de teias de aranha, tentar determinar a eficiência de captura de insetos comparando teias feitas por indivíduos de uma mesma espécie, mas que possuam pequenas diferenças em suas conformações. È possível também medir modificações existentes nas teias dessa espécie em diferentes situações. A partir desses dados será possível compreender como alterações na estrutura da teia podem influenciar a sobrevivência e o sucesso reprodutivo dos indivíduos que a teceram. 1.1. Mecanismos para explicar a adaptação Charles Darwin foi um naturalista bastante perspicaz que observou uma grande quantidade de diferentes estruturas e comportamentos, os quais, a seu ver, pareciam ter-se desenvolvido para auxiliar a sobrevivência e o sucesso reprodutivo dos indivíduos que os apresentavam. Darwin teve uma oportunidade única de estudar as adaptações em organismos de diferentes partes do mundo quando, em 1831, seu professor de botânica John Henslow (Fig. 13), recomendou-o como naturalista ao Capitão Robert Fitzroy, que estava preparando uma viagem ao redor do mundo a bordo do navio de pesquisa e observação H.M.S. Beagle, conforme estudamos na Unidade II. Sempre que possível, ao longo dessa viagem, Darwin descia a terra para observar e coletar espécimes de plantas e animais. Darwin passou muito do seu tempo de coleta na América do Sul, onde as espécies por ele observadas diferiam enormemente daquelas encontradas na Europa. Também observou as espécies das regiões temperadas da América do Sul (Argentina e Chile) eram mais similares àquelas da América do Sul tropical (Brasil) do que o 2 Adaptado a partir de Purveset al. 2002. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 145 eram em relação às espécies europeias. Quando explorou o arquipélago de Galápagos, situado a oeste do Equador, observou que a maioria das espécies presentes naquele ambiente não era encontrada em nenhuma outra parte do mundo, apesar de serem similares às espécies da América do Sul continental localizada 1.000 km ao leste. Darwin também observou que a fauna das diferentes ilhas que compunham o arquipélago diferia de uma para a outra. Postulou que alguns animais teriam chegado às ilhas a partir da América do Sul continental e então teriam evoluído de forma distinta nas diferentes ilhas. Quando retornou à Inglaterra em 1836, Darwin continuou a ponderar e amadurecer suas observações. Nos 10 anos seguintes ele havia desenvolvido a base daquela que viria a ser sua teoria da evolução e que possuía dois componentes principais: • As espécies não são imutáveis, elas sofrem modificações, ou adaptações ao longo do tempo (ou seja, a evolução é um fato histórico). • O agente que produz as modificações é a seleção natural. Em 1844, Darwin escreveu um ensaio sobre a seleção natural e a origem das espécies mas, apesar do incentivo de sua esposa e colegas, não o publicou, preferindo primeiro obter mais evidências para sua teoria. Ele recebeu o impulso definitivo para expor suas ideias em 1858 ao receber uma carta de Alfred Russell Wallace, que estava estudando a fauna e a flora do arquipélago malaio. Nessa carta Wallace pediu a Darwin que analisasse um manuscrito anexo no qual expunha uma teoria de seleção natural praticamente idêntica à sua. Inicialmente Darwin ficou desanimado, acreditando que havia sido antecipado por Wallace, mas extratos do tratado de 1844 e o manuscrito de Wallace foram apresentados à Sociedade Linneana de Londres, em 01 de julho de 1858 simultaneamente, e assim o crédito da ideia foi concedido a ambos. Darwin decidiu então trabalhar rapidamente para terminar seu livro intitulado A Origem das Espécies, o qual foi publicado no ano seguinte. Apesar de ambos os estudiosos terem concebido a seleção natural independentemente, Darwin desenvolveu suas Evolução 146 ideias primeiro e seu trabalho apresentou uma discussão, argumentação e justificativa do conceito bastante completa, razão pela qual a seleção natural é mais diretamente associada ao seu nome. Os fatos utilizados por Darwin no desenvolvimento de sua teoria da evolução por seleção natural eram conhecidos da maioria dos biólogos de sua época. O que diferenciou seu pensamento dos demais foi sua percepção da existência de correlações entre estes diferentes fatos conhecidos. Percebeu, por exemplo, que populações de todas as espécies possuem capacidade de aumentar o número de indivíduos de forma exponencial. Para ilustrar esta situação ele usou o seguinte exemplo: Suponhamos que existam oito pares de pássaros (casais) e apenas quatro destes reproduzam anualmente, produzindo apenas quatro filhotes cada, e que esses, por sua vez, irão procriar seguindo esta mesma taxa. Assim, ao final de sete anos (um período de vida bastante curta se desconsiderarmos a possibilidade de morte violenta de qualquer um dos pássaros), dos 16 indivíduos originais teremos uma população constituída de 2048 pássaros. Taxas de aumento populacional tãoaltas, no entanto, são raramente observadas na natureza. Assim, Darwin pode perceber que a taxa de mortalidades nestas mesmas populações deveria ser alta. Sem a ocorrência de altas taxas de mortalidade, mesmo populações de espécies com baixíssimos índices de populações rapidamente chegariam a tamanhos enormes.Também observou que, apesar de os filhotes assemelharem- se aos seus parentais, a prole da maioria dos organismos não é idêntica a nenhum dos genitores. Sugeriu que pequenas diferenças existentes entre os indivíduos poderiam afetar significativamente a sobrevivência de um dado indivíduo e o número de filhotes que ele produziria. Chamou a esse sucesso reprodutivo diferencial dos indivíduos de seleção natural. A seleção natural é o resultado tanto da sobrevivência diferencial quanto da capacidade reprodutiva diferencial dos indivíduos. Darwin deve ter utilizado o termo “seleção natural” porque estava familiarizado com a seleção artificial praticada por criadores de animais FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 147 e melhoristas de plantas. A observação de plantas cultivadas e animais domesticados foi de extrema valia para seus estudos sobre a natureza das variações. Darwin criava pombos e estava ciente da extraordinária diversidade de cores, tamanhos, formas e comportamentos que podem ser obtidos quando se selecionavam os pombos a serem cruzados. Reconheceu e estabeleceu paralelos aproximando significativamente o processo usado na seleção de plantas cultivadas e animais domesticados e a seleção que ocorria na natureza. Em seu livro A origem das espécies,Darwin apresentou seus argumento relativos à seleção natural, a seguir: Como pode ser questionado, os esforços que cada indivíduo deve despender para alcançar sua subsistência, em que qualquer modificação ínfima da estrutura, hábito ou instinto, deixa-o mais adaptado às novas condições, dando-lhe maior vigor e saúde? Na adversidade ele terá uma melhor chance de sobrevivência e assim ocorrerá com os descendentes que herdarem esta modificação; mesmo sendo o menor detalhe, ela lhes dará uma maior chance. Essa declaração, escrita há mais de 100 anos, permanece como uma excelente expressão da ideia de evolução por seleção natural. Desde que Darwin escreveu as palavras acima, os biólogos têm desenvolvido um conhecimento muito mais profundo das bases genéticas das modificações evolutivas e têm organizado uma rica gama de exemplos da seleção natural em ação. 1.2. Avanços na Evolução desde Darwin Quando propôs sua teoria da seleção natural, Darwin não possuía exemplos de seleção que estivessem operando na natureza. Havia baseado seus argumentos nos resultados observados na seleção de espécies domesticadas. Desde o tempo de Darwin, muitos estudos têm sido desenvolvidos sobre a ação da seleção natural. Sabe-se, atualmente, que a evolução biológica consiste da modificação da composição genética de uma população ao longo do tempo. Darwin compreendeu a importância da hereditariedade para sua Evolução 148 teoria, mas desconhecia qualquer modelo de herança genética. Empregou muito tempo na tentativa de desenvolver uma teoria de hereditariedade, no entanto, foi incapaz de descobrir as leis que governam a herança genética e, apesar de ter acesso ao trabalho de Gregor Mendel – aparentemente Darwin leu os trabalhos de Mendel -, não foi capaz de compreender o significado desses estudos. Felizmente, por volta de 1900, as publicações de Mendel foram redescobertas o que começou a pavimentar um caminho que desembocaria no desenvolvimento da genética de populações, um campo que fornece grande sustentação para a teoria de Darwin. Os geneticistas de populações aplicam as leis de Mendel a populações inteiras de organismos; eles estudam variações inter e intraespecíficas com o objetivo de compreender os processos que resultam em alterações evolutivas nas espécies ao longo do tempo. 2. Genética de Populações A unidade básica da Evolução é a população. Esta afirmação baseia-se no fato de as alterações no pool gênico de um indivíduo, muitas vezes nada representam para o mecanismo evolutivo da sua espécie. A evolução faz-se notar, portanto, quando elementos que compõem a população, juntos e modificados, provocam efeitos na mudança de sua descendência. Apesar das alterações serem individuais, só se manifestam quando levadas no seu conjunto. População é o conjunto de seres da mesma espécie e que vivem na mesma área geográfica, ao mesmo tempo. Como foco nas mudanças evolutivas em populações é possível definir a evolução em sua menor escala, chamada de microevolução, como mudanças em frequências alélicas em uma população ao longo de gerações. A microevolução é determinada por três fatores em conjunto: i) seleção natural; ii) deriva genética e; iii) fluxo gênico. Estes dois últimos podem ser assim definidos: FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 149 Deriva genética(Fig. 14) – conjunto de eventos aleatórios que mudam as frequências alélicas. Fluxo gênico – consiste na transferência de alelos entre populações. Cada um destes mecanismos têm efeitos diferentes na composição genética das populações. Entretanto, somente a seleção natural melhora de modo consistente a relação dos organismos com seus ambientes, levando ao tipo de mudança chamado de Evolução Adaptativa. Os seres vivos de uma mesma espécie exibem diferenças significativas no seu conjunto gênico. Estas diferenças, que resultam na variação, são, em síntese, resultantes de dois eventos que atuam de forma combinada: mutações e reprodução sexuada. Os caracteres que variam dentro de uma população podem ser qualitativos ou quantitativos. Caracteres qualitativos podem ser classificados como alternativos. Muitos caracteres qualitativos são determinados por um único locus gênico com diferentes alelos que produzem fenótipos distintos. No entanto, a maioria da variação herdável envolve caracteres quantitativos que variam continuamente na população. Tanto caracteres qualitativos quanto quantitativos podem ser usados pelos biólogos para medir a variação genética em uma população. A variabilidade genética pode ser quantificada pela heterozigosidade média (porcentagem média dos Fig. 14 –Ilustração demonstrando como ocorre a Deriva Genética ao longo das gerações. Fonte: http://creationwiki.org/pt/Deriva_gen%C3%A9tica Evolução 150 genótipos heterozigotos), que pode ser estimada através da amostragem de proteínas codificadas pelos genes observados em gel de eletroforese. Este procedimento, entretanto, não consegue detectar as mutações neutras que afetam a sequência de DNA de um gene e, consequentemente, a sequência de aminoácidos de uma proteína. Para incluir mutações neutras nas estimativas de heterozigosidade média, os pesquisadores necessitam utilizar outras técnicas como PCR e análise de fragmentos de restrição. 2.1. Variação entre populações As espécies exibem também variação geográfica, ou seja, diferenças na composição genética de populações separadas geograficamente. Além destas, ocorrem também os clines, resultados de mudanças graduais que acontecem em um caráter ao longo de um gradiente geográfico. Os clines são produzidos a partir de mudanças graduais em variáveis ambientais. As populações apresentam variações no seu pool gênico motivado pelo fluxo de genes com populações de outras regiões, o que é caracterizado como migrações. 2.2. As populações e o Equilíbrio de Hardy-Weimberg Organismos de uma mesma população trocam genes entre si e raramente recebem fluxo gênico de outras populações. As populações podem ser caracterizadas pelo seu pool gênico, que é o conjunto responsável por reunir todos os alelos para todos os loci em todos os indivíduos. Quando a população apresenta doisalelos para um determinado locus estes alelos podem ser iguais (chama-se genótipo homozigoto) ou diferentes (chama-se genótipo heterozigoto). Em genética de populações representa-se por p a frequência dos genes dominantes e q, a frequência dos genes recessivos. O Princípio de Hardy-Weimberg é utilizado para verificar se uma população estaria evoluindo ou não para genes de determinados locus. Este Princípio postula que as frequências dos alelos e genótipos em uma população permanecem constantes de geração para geração, desde que FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 151 apenas a segregação mendeliana e a recombinação de alelos estejam atuando. Neste caso diz-se que a população estaria em Equilíbrio de Hardy- Weimberg. As equações que norteiam o Equilíbrio de Hardy-Weimberg são as seguintes: Frequência gênica: p + q = 1 Onde: p – frequência do gene dominante (f(A)) q – frequência do gene recessivo (f(a)) Frequência genotípica: p2+ 2pq+q2=1 Onde: p2 – frequência do genótipo Homozigoto Dominante (f(AA)) 2pq – frequência do genótipo Heterozigoto (f(Aa)) q2 – frequência do genótipo Homozigoto Recessivo (f(aa)) Estas equações podem ser utilizadas para determinar as condições de equilíbrio de uma população, mas existem condições para ocorrência deste equilíbrio, listadas no Quadro 1. Quadro 1 – Condições para o Equilíbrio de Hardy-Weimberg Evolução 152 Condição Explicação Ausência de mutações Mutações podem modificar o pool gênico ao alterar alelos, excluir ou duplicar genes inteiros (em grande escala). Cruzamento ao acaso Se indivíduos cruzam preferencialmente com um subgrupo da população, como por exemplo, parentes mais próximos (endocruzamento), a mistura ao acaso dos gametas não ocorre e as frequências genotípicas acabam se modificando. Ausência de seleção natural Diferenças na sobrevivência e no sucesso reprodutivo dos indivíduos com diferentes genótipos podem modificar as frequências alélicas. Tamanho populacional muito grande Quanto menor a população, mais provável é a ocorrência de flutuação de frequências alélicas de uma geração para outra (deriva genética). Ausência de fluxo gênico O fluxo gênico pode alterar a frequência alélica pela inclusão ou remoção de genes em uma população. Saiba mais... O portal Terra publicou recentemente um estudo feito a partir da população de pessoas ruivas. A matéria ficou interessante porque mostra as nuances de estudos populacionais aplicados ao ser humano, além de dirimir curiosidades sobre as pessoas que têm os cabelos avermelhados. Confira algumas das informações. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 153 3. Especiação 3.1. Introdução Atualmente, a história da evolução passa por novo exame, com o uso de técnicas de análise genética. Novas ferramentas permitem que os cientistas avaliem a afinidade entre dois organismos, levando a novas descobertas e a muitas surpresas. Mas, quando se trata do passado, os métodos tradicionais ainda têm o seu lugar. Nosso entendimento sobre a evolução foi revolucionado pela genética moderna, a descoberta da estrutura do DNA e o progresso em biologia molecular. Estes avanços proporcionaram novos métodos analíticos e deram acesso a sequências de características macrocelulares que permitem comparações entre organismos sem similaridades anatômicas evidentes, como bactérias, plantas, fungos e animais. Segundo a teoria da evolução, todas as formas de vida se originaram a partir de um único ancestral. Porém, os métodos tradicionais de classificação, baseados na anatomia, não conseguiram desvendar as inter-relações evolutivas entre grupos importantes como bactérias, plantas etc., nem entre alguns grupos em nível taxonômico muito inferior. Agora, graças às novas informações genéticas, é possível, pela primeira vez na história da biologia, superar as dificuldades enfrentadas por Darwin e seus Fonte: http://noticias.terra.com.br/educacao/voce-sabia/ser-ruivo-vc-sabia/ Evolução 154 contemporâneos na reconstrução da história da vida a partir da linhagem desse ancestral comum. 3.2. Grupos de Vida Atualmente, reconhecem-se três grandes grupos de organismos: eubactérias, arqueobactérias e eucariotas. As eubactérias e as arqueobacterias, micróbios unicelulares, são organismos procariotas, destituídos de núcleo celular e, portanto, os mais primitivos. As arqueobactérias atuais não são muito diversificadas nem numerosas, mas podem viver em ambientes sob condições extremamente rigorosas, como chaminés hidrotermais, por exemplo. Já se acreditou que este grupo incluísse as formas de vida mais primitivas, mas isso é questionado atualmente. Ao que se saiba, o grupo não tem representação fóssil. Comparativamente, as eubactérias são muito diversificadas, com mais de 10.500 espécies atuais e alguns registros fósseis, embora limitados. As eubactérias também podem sobreviver em ambientes hostis, sem luz e sem oxigênio. Apesar das limitações de tamanho, têm extraordinária diversificação nas vias metabólicas, e sua capacidade de obter energia a partir de minerais desempenhou, provavelmente, importante papel na evolução das primeiras formas de vida. Por exemplo, são importantes na formação dos solos, sem os quais as plantas jamais teriam conseguido ocupar a superfície terrestre. Outros tipos podem fotossintetizar energia com ou sem a produção de oxigênio. Foram as cianobactérias dos estromatólitos do inicio do Pré-Cambriano que aumentaram o nível de oxigênio da atmosfera da Terra, de 1% para os atuais 20%. Todos os demais organismos pertencem ao amplo e diversificado grupo conhecido como eucariotas, com mais de 1.738.000 de espécies descritas, incluindo formas unicelulares, vegetais, fungos, algas e animais, de vermes a baleias. Apesar de apresentarem enormes variações de tamanho, suas células variam, apenas, entre 10 e 100 microns. O DNA das células eucariotas está contido num núcleo delimitado por uma membrana, que fica dentro de um citoplasma estruturado o qual, por FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 155 sua vez, contém as mitocôndrias, responsáveis pela respiração celular. Essencialmente aeróbicas, as células eucariotas necessitam de oxigênio e as espécies fotossintetizantes sempre o produzem como subproduto de seu metabolismo. Existe clara diferenciação entre os sexos, e cada sexo contribui igualmente para a composição genética da próxima geração. A análise das relações moleculares sustenta a hipótese evolutiva de todos os organismos eucariotas se terem diversificado a partir de um único ancestral. Esse ancestral tinha mitocôndrias derivadas de uma bactéria, integrada ao citoplasma da célula em evento “endossimbiótico” do passado remoto. LEITURA COMPLEMENTAR Quer entender melhor sobre o mecanismo de formação de uma nova espécie? Alguns textos de divulgação científica dão uma verdadeira lição de como ensinar de modo muito fácil. Experimente ler o Capítulo 5 – Novas Espécies do livro Diversidade da Vida de Edward O. Wilson (Ed. Companhia das Letras, 2012, 525 pág.). 3.3. Relógios Moleculares e Evolução A elaboração destas novas classificações, utilizando dados moleculares de organismos vivos, foi problemática em organismos para os quais não é possível obter essas informações e os taxonomistas ainda precisam se apoiar nas características anatômicas. Isto inclui a maioria das espécies fósseis, ainda que, por vezes, seja possível extrair fragmentos de DNA de ossos fósseis, com dezenas de milhares de anos. Além disso, o relógio molecular estabelece momentos para a divergência dos grupos em datas invariavelmente muito anteriores aos registros fósseis disponíveis. Isto ocorre porque o relógio molecular mede a “distância” genética entre osgrupos vivos e, usando razões de mutação conhecidas, estima a data da divergência. Por exemplo, a similaridade de 98,4% entre chimpanzés e humanos indica a divergência de um ancestral comum ocorrida de 6 a 8 milhões de anos atrás e a diferença de 5% em relação aos gibões indica a existência de um ancestral comum há 18 milhões de anos. Evolução 156 3.4. Especiação e o conceito de Espécie A especiação é o mecanismo de formação de novas espécies. A especiação foi um dos fenômenos que fascinou Darwin ao chegar ao Arquipélago de Galápagos. O fascínio com a especiação foi definido pelas numerosas potencialidades em gerar grande diversidade de vida. A especiação também constrói uma ponte conceitual entre a microevolução (as mudanças ao longo do tempo nas frequências alélicas com uma população) e a macroevolução (o amplo padrão de evolução ao longo dos ciclos da vida). A espécie pode ser definida como o conjunto de seres semelhantes morfológica e fisiologicamente que são capazes de se intercruzarem e produzirem descendência fértil. Os membros de uma espécie biológica são agrupados por serem compatíveis reprodutivamente. Membros de uma espécie frequentemente são semelhantes porque suas populações são conectadas por fluxo gênico. O fluxo gênico possui o potencial de manter o pool gênico de uma espécie desde que este não seja superado por efeitos da seleção ou deriva. O fluxo gênico exerce papel preponderante no mecanismo de especiação. A formação de novas espécies depende do Isolamento Reprodutivo. Este isolamento consiste na existência de barreiras que impedem que membros de duas espécies diferentes gerem descendente viável e fértil. Estas barreiras limitam o fluxo gênico entre espécies permitindo no máximo o surgimento de híbridos. Uma combinação de várias barreiras permite o isolamento do pool gênico de uma espécie. Existem dois grupos de barreiras: Barreiras Pré-zigóticas – impedem a formação do zigoto. Isolamento do habitat Isolamento temporal Isolamento comportamental Isolamento mecânico Isolamento gamético FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 157 Barreiras Pós-zigóticas – atuam após à conclusão de formação do zigoto híbrido. Viabilidade reduzida do híbrido Fertilidade do híbrido reduzida Colapso do híbrido. 3.5. Outras definições de espécie Conceito morfológico de espécie – caracteriza uma espécie pela forma do corpo e outras características estruturais. Conceito ecológico de espécie – caracteriza uma espécie em termos de nicho ecológico, a soma de como os membros da espécie interagem com as partes vivas e não vivas do ambiente. Conceito filogenético de espécie – define uma espécie como o menor grupo de indivíduos que compartilham um ancestral comum, formando um ramo na árvore da vida. Fig. 15 - Esquema explicativo sobre a Especiação Alopátrica. Fonte: http://sesi.webensino. com.br/sistema/webensino/aulas/repository_data//SESIeduca/ENS_MED/ENS_MED_ F03_BIO/178_BIO_ENS_MED_03_07/imagens/ref/FIG_011.PNG Evolução 158 3.6. Tipos de especiação Na especiação alopátrica(Fig. 15) o fluxo gênico é interrompido quando uma população é dividida em subpopulações isoladas geograficamente. Uma vez ocorrida a separação geográfica os pools gênicos separados podem divergir: surgem diferentes mutações, a seleção natural atua em organismos separadamente e a deriva genética altera a frequência de alelos. O isolamento reprodutivo pode surgir como um efeito colateral da seleção ou da deriva que levou as populações a divergirem geneticamente. Os pools gênicos de populações altamente isoladas (como aquelas em ilhas remotas) sofrem pouquíssimo fluxo gênico. Portanto, estes pools gênicos são particularmente suscetíveis a passar por especiação alopátrica. Especiação simpátrica(Fig. 16) é a especiação que ocorre em Fig. 15 - Esquema explicativo sobre a Especiação Alopátrica. Fonte: http://sesi.webensino. com.br/sistema/webensino/aulas/repository_data//SESIeduca/ENS_MED/ENS_MED_ F03_BIO/178_BIO_ENS_MED_03_07/imagens/ref/FIG_011.PNG FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 159 populações que vivem na mesma área. Ocorre quando o fluxo gênico se reduz em função da poliploidia, diferenciação de habitat e seleção sexual. 1) Poliploidia – ocorre em função de erros no processo de divisão celular. Pode ocorrer por dois mecanismos: 1.1. Autopoliploidia – o indivíduo apresenta mais de dois conjuntos cromossômicos derivados da mesma espécie. 1.2. Alopoliploidia – o indivíduo é gerado a partir da fusão de conjuntos cromossômicos oriundos de espécies diferentes. 2) Diferenciação de Habitat - ocorre quando fatores genéticos habilitam uma subpopulação a explorar habitats ou recursos não utilizados pela população parental. 3) Seleção Sexual – processo pelo qual as fêmeas selecionam os machos pela aparência física. LEITURA COMPLEMENTAR O site ClickCiência da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar) possui uma série de matérias interessantes sobre o processo evolutivo. Para entender melhor o processo de formação de novas espécies leia a reportagem Como surgem novas espécies (Link: http://www.clickciencia. ufscar.br/portal/edicao15/materia6_detalhe.php). 3.7. Mecanismos evolutivos de especiação O processo de especiação só foi aceito quando o mecanismo de evolução passou a ser reconhecido pelos cientistas de maneira geral, especialmente após o que convencionou-se chamar de Síntese evolutiva. Dois mecanismos evolutivos básicos explicam a especiação (Fig. 17): a Anagênese (as espécies vão se modificando gradativamente, mediante uma combinação de fatores que vão desde as mutações passando pelo processo de seleção) e a Cladogênese (a espécie ancestral tem sua população segmentada em subpopulações que não trocam mais genes entre si, muitas vezes vivendo em locais onde fatores ambientais distintos Evolução 160 promovem pressões seletivas distintas. Isso pode proporcionar condições de seleção genética que alterem completamente o pool gênico de cada subpopulação, levando a um nível tão extremo de diferenças que culminam com o isolamento reprodutivo, gerando-se assim novas espécies). SAIBA MAIS... O zoólogo Paulo Vanzolini, um dos maiores e mais ecléticos cientistas brasileiros propôs em um texto simples algumas explicações sobre o mecanismo de formação de novas espécies, usando para isso alguns diagramas. Acompanhe a explicação do genial cientista brasileiro, morto em A seguir está uma representação diagramática das possíveis seqüências de eventos no modelo de especiação geográfica e a representação da formação de uma barreira entre duas populações e os possíveis eventos que ocorrem se esta barreira desaparecer. Fig. 17 - Ilustração comparando a trilha dos mecanismos de Anagênese e Cladogênese. Fonte: http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/evolucao-dos-seres-vivos/imagens/ Evoluc63.jpg FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 161 População inicial Isolamento de duas populações por uma barreira Divergência genética das populações isoladas, formando duas populações com patrimônios genéticos distintos. Se a barreira desaparecer e estas populações entrarem em contato novamente, acontecerá: uma incompatibilidade (A) ou uma compatibilidade (B) entre estas populações. A - Incompatibilidade: os membros das duas populações são incapazes de trocarem genes entre si. Neste caso as populações são consideradas espécies diferentes, podendo ocorrer: Representação diagramática das possíveis sequências de eventos no modelo de especiação geográfica. (Segundo P. E. Vanzolini, Zoologia sistemática geográfica e a origem das espécies. Publicação do Instituto de Geografia-Universidade de São Paulo.). (Fonte: http://www.biomania.com.br/bio/conteudo.asp?cod=1259Evolução 162 ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM 01) Examine a árvore filogenética abaixo: Esperamos encontrar maior semelhança entre genes de: bactéria e protozoário peixe e baleia baleia e pássaro estrela-do-mar e ostra ostra e coral. 02) Observe as afirmativas abaixo: I – O primeiro passo para o surgimento de novas espécies é o isolamento geográfico e/ou ecológico, que é seguido pelo isolamento reprodutivo. II – Duas populações só constituem efetivamente duas espécies quando perdem a capacidade de trocar genes entre si. Assinale a alternativa CORRETA. As afirmativas I e II estão parcialmente corretas, mas não possuem relação entre si. Somente a afirmativa I está correta. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 163 Somente a afirmativa II está correta. As afirmativas I e II estão erradas. As afirmativas I e II estão corretas e relacionadas entre si. 03) A formação de raças não será possível sem a ocorrência de a) superioridade dos heterozigotos. b) esterilidade dos híbridos. c) isolamento reprodutivo. d) isolamento geográfico. e) seleção natural estabilizadora. 04) O geneticista Jeremy Rifkin, em publicação recente, faz reflexões sobre o impacto das novas tecnologias e avanços da engenharia genética em nossas vidas. No que se refere à transferência de genes entre espécies diferentes, sugere que certos conceitos sejam repensados: “Uma espécie biológica... deve ser vista como um depósito de genes que são potencialmente transferíveis. Uma espécie não é meramente um volume de capa dura da biblioteca da natureza. Ela também é um livro de folhas soltas, cujas páginas individuais, os genes, podem estar disponíveis para uma transferência seletiva e modificação de outras espécies.” Rifkin, J. O século da biotecnologia. São Paulo: Ed. Makron Books do Brasil, 1999. p. 36.) Considerando o ponto de vista do autor, identifique nas alternativas abaixo o que é atualmente aceito como correto sobre espécie e especiação. ( ) Populações de uma mesma espécie, geograficamente isoladas, sofrem as mesmas mutações e processos de seleção natural, o que lhes permite ajustar-se às circunstâncias de cada ambiente. ( ) A condição inicial para que haja a formação de raças é a seleção natural. Evolução 164 ( ) O isolamento geográfico é uma das condições para que haja especiação. ( ) As diferenças genéticas entre duas populações de uma mesma espécie, quando isoladas geograficamente, tendem a se acentuar. ( ) Membros de uma mesma espécie intercruzam-se livremente, dando origem a descendentes férteis. 05) Sobre o conceito de especiação, é incorreto afirmar que: a) As espécies de tentilhões descobertos por Darwin nas Ilhas Galápagos sugiram por especiação simpátrica. b) A especiação alopátrica envolve isolamento geográfico, diversificação gênica e isolamento reprodutivo. c) Todos os indivíduos pertencentes à mesma espécie compartilham de um patrimônio gênico característico e por isso possuem um conjunto básico de características morfológicas e funcionais. d) A especiação alopátrica ocorre quando uma população torna-se geograficamente separada do restante da espécie e subsequentemente evolui por seleção natural ou deriva gênica. e) A especiação pode ocorrer após um longo período de separação geográfica de duas populações da mesma espécie. 06) A figura representa a evolução dos grandes grupos de vertebrados atuais dotados de mandíbula, enumerados de I a V. A largura das áreas sombreadas indica o número relativo de espécies de cada grupo durante as diferentes eras e períodos. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 165 a) Qual a classe representada pelo número V? Cite o anexo embrionário exclusivo dessa classe. b) Indique uma característica evolutiva relativa à respiração, que está presente no grupo II e ausente no grupo I; indique uma aquisição evolutiva, referente à reprodução, presente no grupo III e ausente na maioria dos animais representantes do grupo II. 07) O esquema abaixo se refere a dois modelos de especiação (A e B). Considere as afirmações abaixo relacionadas ao esquema: I. O modelo A representa um exemplo de especiação filética, que pressupõe a ocorrência de isolamento geográfico. II. O modelo A representa especiação por anagênese, que envolve seleção natural e adaptação a modificações graduais nas condições ambientais. III. O modelo B representa especiação por cladogênese, que envolve isolamento de populações, adaptação a diferentes ambientes e isolamento reprodutivo. Quais estão corretas? a) Apenas I. d) Apenas I e III. b) Apenas II. e) Apenas II e III. c) Apenas III. 08)Aves que não voam são nativas da África (avestruzes), América do Sul (emas), Austrália (emus e casuares) e Nova Zelândia (kiwi). Evolução 166 a) Considerando que essas aves têm um ancestral comum, como se pode explicar a distribuição atual pelos diferentes continentes? b) Que processos provocaram a diferenciação dos animais dessas regiões? 09)A vida animal originou-se nos oceanos primitivos. A partir dos ancestrais marinhos, alguns grupos invadiram a água doce enquanto outros se deslocaram para a terra. a) Cite duas adaptações importantes para a ocupação do ambiente terrestre. b) Dê exemplo de um filo de invertebrado que apresente espécies tanto aquáticas quanto terrestres. c) A partir de ancestrais terrestres, alguns mamíferos ocuparam o ambiente marinho. Cite duas características morfológicas e/ou fisiológicas que permitiram a sua adaptação a esse ambiente. 10) Existem mecanismos que normalmente impedem a troca de genes entre espécies distintas. Nos últimos anos, porém, as fronteiras entre as espécies vêm sendo rompidas com a criação de organismos transgênicos. A introdução de soja e de outras plantas transgênicas tem gerado muita polêmica, pois, apesar de seus inúmeros benefícios, não há ainda como avaliar os riscos que os organismos transgênicos apresentam. a) Cite dois mecanismos que impedem a troca de genes entre espécies distintas. b) Defina um organismo transgênico. c) Indique um benefício decorrente da utilização de organismos transgênicos e um possível risco para o ambiente ou para a saúde humana. 11) Os mecanismos de isolamento reprodutivo impedem o cruzamento entre indivíduos de diferentes espécies. Em animais, qual dos mecanismos abaixo tenderia a ser favorecido pela seleção natural, por ser mais econômico? a) Isolamento por incompatibilidade comportamental. b) Isolamento por diferenças em estruturas reprodutivas. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 167 c) Isolamento por incompatibilidade gamética. d) Isolamento por inviabilidade do híbrido. e) Isolamento por esterilidade do híbrido. 12) Os fatos abaixo estão relacionados ao processo de formação de duas espécies a partir de uma ancestral: I. Acúmulo de diferenças genéticas entre as populações. II. Estabelecimento de isolamento reprodutivo. III. Aparecimento de barreira geográfica. a) Qual é a sequência em que os fatos acima acontecem na formação das duas espécies? b) Que mecanismos são responsáveis pelas diferenças genéticas entre as populações? c) Qual é a importância do isolamento reprodutivo no processo de especiação? 13) Supondo que uma parcela significativa de uma população migre para uma outra região e deixe de ter contato com a população original. Depois de um longo período de tempo essa parcela da população que migrou poderá constituir uma outra espécie. De acordo com o texto assinale a alternativa que indica, corretamente, o processo inicial de formação dessa outra espécie. a) Isolamento reprodutivo.d) Isolamento mecânico. b) Isolamento geográfico.e) Isolamento sazonal. c) Isolamento de hábitat14) Uma ilha oceânica, rica em vegetação, foi invadida por representantes de um vertebrado herbívoro, que se adaptaram muito bem às condições encontradas e povoaram toda a ilha. Esta, após certo tempo, foi dividida em duas por um fenômeno geológico. Os animais continuaram vivendo bem e Evolução 168 se reproduzindo em cada uma das novas ilhas mas, depois de muitos anos, verificou-se que os indivíduos das duas ilhas haviam perdido a capacidade de produzirem descendentes férteis, quando intercruzados. Esse texto exemplifica um caso de a) diferenciação morfológica. d) seleção natural. b) convergência adaptativa.e) radiação adaptativa. c) especiação. 15) A maioria dos peixes teleósteos é ectoterma, porém algumas espécies de Scombroideiapresentam endotermia. Duas estratégias distintas evoluíram nos Scombroidei, cuja filogenia é apresentada abaixo: os marlins (espécies 1 a 6) e as cavalas (espécie 14) possuem endotermia cranial (C), aquecendo apenas o cérebro e os olhos; os atuns (espécies 7 a 12) apresentam endotermia sistêmica (S), semelhante às aves e mamíferos com altas taxas metabólicas e redução da condutividade térmica corpórea. Os peixes das demais espécies são ectotermos (E). É correto afirmar que a endotermia a) surgiu no ancestral comum e posteriormente diversificou-se em sistêmica e cranial. b) caracteriza os clados mais evoluídos e mais bem sucedidos de Scombroidei. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 169 c) é uma tendência evolutiva de Scombroideie no futuro todos serão endotermos. d) evoluiu pelo menos três vezes no grupo, o que sugere seu caráter adaptativo. e) é uma autoapomorfia de Scombroidei, ainda que tenha traços parafiléticos. 16) Os pandas, incluindo-se os pandas gigantes e os pandas vermelhos, por muito tempo foram tratados como ursos, mas, posteriormente, verificou- se que uma série de características os aproximava dos guaxinins. A figura abaixo apresenta os resultados de estudos com hibridação de DNA à qual foi acrescentada uma escala temporal depois de feita a análise cladística. Qual das conclusões abaixo pode ser sustentada pela figura? a) O panda vermelho tem menor similaridade com os guaxinins do que com o urso panda gigante. b) Pandas gigantes, ursos pardos, ursos malaios e ursos de óculos formam um grupo parafilético. c) O cachorro é a única espécie do diagrama que não pode ser chamada de urso. d) A divergência entre as formas que originaram os pandas gigantes e pandas vermelhos ocorreu há mais de 80 milhões de anos. e) O panda gigante e o panda vermelho estão em clados distintos. Evolução 170 17) Para responder esta questão utilize o esquema abaixo que mostra as principais relações evolutivas no filo Annelida. As apomorfias utilizadas estão numeradas e seus significados constam da lista que segue. (Adaptado de BRUSCA, R.C. , BRUSCA, G.J. Invertebrates. Sunderland, USA: Sinauer Associates, 1990. p. 432) 1. cerdas numerosas 2. parapódios 3. região cefálica complexa 4. hermafroditismo simultâneo 5. clitelo 6. perda do estágio larval de vida livre 7. redução do número de cerdas 8. redução de septos e fusão dos compartimentos celômicos 9. ventosas oral e posterior 10. perda das cerdas Segundo o esquema, a) a classe I é ancestral de II e III. b) a classe III é ancestral de I e II. c) as classes I e II formam um grupo monofilético. d) as classes II e III formam um grupo parafilético. e)) as classes II e III formam um grupo monofilético. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 171 18)Estudos realizados com diversos marcadores genéticos têm indicado que espécies arbóreas de florestas tropicais apresentam alta proporção de locos polimórficos e elevados níveis de diversidade genética dentro de espécies. Um estudo específico com aroeira (Myracrodruonurundeuva) verificou, em duas populações naturais diferentes, baixa taxa de fecundação cruzada. A respeito da viabilidade genética de populações, é correto concluir que a) uma espécie constituída de populações endogâmicas tem baixa diversidade genética, e não pode ter alta proporção de locos polimórficos devido ao fato de não apresentar panmixia. b) mesmo uma espécie com baixa taxa de fecundação cruzada pode ter alta proporção de locos polimórficos em suas populações, pois a endogamia não conduz necessariamente à homozigose. c) tanto as populações com fecundação cruzada como as com altas taxas de endogamia podem ter alta proporção de locos polimórficos, se tiverem altas taxas de mutação. d) a aroeira é uma espécie que pode ter alta proporção de locos polimórficos, mesmo com grande homozigose em diferentes populações endogâmicas. e) as populações naturais de aroeira têm alta proporção de locos polimórficos devido à segregação independente e à recombinação genética. 19)O território brasileiro apresenta zonas de transição entre os ecossistemas. Alguns ambientalistas preocupam-se com sua manutenção por serem consideradas muito dinâmicas do ponto de vista evolutivo, já que apresentam a) aumento dos endocruzamentos. b) gradientes de pressões seletivas. c) gradientes de taxas de mutação. d) diminuições no número de espécies. e) aumento no número de lócus gênicos. Evolução 172 20) A partir do genoma mitocondrial de representantes de colêmbolos, crustáceos, tisanuros e demais insetos, e usando quelicerados e miriápodes como grupo externo, Nardi e colaboradores construíram a hipótese filogenética expressa abaixo. (Adaptado de Nardi e colaboradores. Science. n. 299, p. 1887-9, 2003) Segundo a hipótese apresentada, a) houve especiação alopátrica entre colêmbolos e demais insetos. b) os crustáceos tinham três pares de pernas e depois adquiriram mais. c)) a presença de três pares de pernas deve-se à convergência evolutiva. d) os crustáceos adquiriram mais pares de pernas por convergência evolutiva. e) colêmbolos, tisanuros e demais insetos desenvolveram três pares de pernas num processo de evolução de grupo. 21)Se a frequência de um gene recessivonuma população for de 0,4, as frequências genotípicas esperadas, se esta população estiver em equilíbrio, serão: Aa Aa AA a) 0,04 0,9 0,06 b) 0,16 0,36 0,48 c) 0,8 0,16 0,04 d) 0,16 0,48 0,36 e) 0,48 0,36 0,16 FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 173 22)Imagine a seguinte situação: pesquisadores descobriram uma população de aves marinhas isolada numa ilha, estimada em 1.000 indivíduos, e perceberam que 360 eram homozigotos AA, 480 heterozigotos Aa e 160 homozigotos aa. Também concluíram que todos os tipos possíveis de cruzamento estavam ocorrendo, embora fatores evolutivos como mutação ou seleção não tenham sido registrados. Mediante essas informações, assinale a alternativa correta. a) O total de alelos nessa população é igual a 20.000. b) A frequência de indivíduos AA é igual a 0,4 ou 40%. c) A população encontra-se em equilíbrio gênico, seguindo o princípio de Hardy-Weinberg. d) A frequência de indivíduos aa é também igual a 0,4 ou 40%. e) A frequência de indivíduos Aa é igual a 0,24 ou 24%. 23)Uma população panmítica de pássaros é composta por 14.000 indivíduos. Estando em equilíbrio de Hardy-Weinberg, essa população apresenta a seguinte distribuição genotípica. 4.100 indivíduos AA 5.300 indivíduos Aa 4.600 indivíduos aa. Qual a frequência do alelo a nessa população? a) 0,48. b) 0,25. c) 0,52. d) 0,59. e) 0,96. 24) G. H. Hardy e W. Weinberg postularam que, em uma população, sob condições especiais, as frequências dos alelos, e de cada genótipo, permanecem constantes, geração após geração. Para que isso ocorra, segundo os referidos autores, é necessário que: ( ) não haja pressão de seleção natural, uma vez queesta tende a selecionar determinados alelos em detrimento de outros, que podem desaparecer. ( ) não ocorram fluxos migratórios, os quais acarretam troca de alelos entre populações diferentes. Evolução 174 ( ) os cruzamentos, nas populações, ocorram ao acaso; ou seja, as populações sejam panmíticas. ( ) os novos alelos, que surjam por mutação, se incorporem rapidamente ao estoque gênico. ( ) nas populações demasiadamente pequenas, os cruzamentos sejam ao acaso, a partir de seu estabelecimento. 25) No estudo da genética de populações, utiliza-se a fórmula p2 + 2pq + q2 = 1, na qual p indica a frequência do alelo dominante e q indica a frequência do alelo recessivo. Em uma população em equilíbrio de Hardy- Weinberg espera-se que a) o genótipo homozigoto dominante tenha frequência p2 = 0,25, o genótipo heterozigoto tenha frequência 2pq = 0,5 e o genótipo homozigoto recessivo tenha frequência q2 = 0,25. b) haja manutenção do tamanho da população ao longo das gerações. c) os alelos que expressam fenótipos mais adaptativos sejam favorecidos por seleção natural. d) a somatória da frequência dos diferentes alelos, ou dos diferentes genótipos, seja igual a 1. e) ocorra manutenção das mesmas frequências genotípicas ao longo das gerações. GABARITO: 01) C; 02) E; 03) D; 04) FFFVV; 05) A; 06) a) V representa os mamíferos e o anexo embrionário exclusivo dessa classe é a placenta. b) II representa os anfíbios que apresentam respiração pulmonar e cutânea quando adultos e I representa os peixes que respiram por brânquias durante toda a vida; III representa os répteis cuja aquisição evolutiva foi a formação de ovos com âmnio, alantóide e casca dura, além da fecundação interna, aquisições que os anfíbios (II) não possuem; 07) E; 08) a. Pode ser explicada considerando a Deriva Continental. Existia o ancestral FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 175 comum e quando os continentes estavam em formação, se separando, as subpopulações, submetidas a pressões ambientais distintas, iniciaram um processo de especiação. b. Embora o pool gênico seja semelhante para os mesmos subgrupos formados pela separação, provavelmente as pressões ambientais são diferentes, o que proporcionou as diferenças encontradas na atualidade e proporcionou o isolamento reprodutivo.; 09) a) Adaptações importantes: revestimento especializado para impedir a desidratação; órgãos especializados para captar oxigênio do ar; ovos com casca protetora e outras. b) Filo anelídeos; filo moluscos; filo artrópodes. c) Tela subcutânea (hipoderme) com acúmulo de tecido adiposo; patas transformadas em nadadeiras; morfologia hidrodinâmica entre outras; 10) a) Isolamento geográfico; isolamento ecológico (indivíduos possuem nichos ecológicos diferentes); isolamento etológico ou comportamental; híbrido estéril; híbrido inviável, entre outros. b) Organismos transgênicos são organismos geneticamente modificados (OGM); possuem genes exógenos no seu genoma (genes de outras espécies). c) Os transgênicos são úteis principalmente na área médica como, por exemplo, a produção de insulina humana por bactérias transgênicas; hormônio de crescimento, interferon, fator de necrose de tumores, entre outras. Quanto aos riscos, os alimentos transgênicos podem produzir alergias, podem ocorrer riscos também para o ecossistema como, por exemplo, para insetos polinizadores, mudanças nas cadeias alimentares, entre outras; 11) A; 12) a) A seqüência correta dos fatos para a formação de duas espécies é: III - I - II. b) Mutações, recombinações gênicas, seleção natural, entre outras. c) É impedir o fluxo gênico entre as populações, garantindo que as populações sejam distintas geneticamente. 13) A; 14) C; 15) D; 16) E; 17) E; 18) D; 19) B ; 20) C.; 21) D;22) C;23) D;24) VVVFF;25) E. PARA APRENDER MAIS... Existem no mercado muitos títulos que trazem o conteúdo estudado na forma de textos de fácil entendimento. Listamos abaixo um destes materiais que pode dar uma boa impressão sobre o tema devido à simplicidade com que trata o assunto. Evolução 176 ATIVIDADE COMPLEMENTAR Uma imagem vale mais do que mil palavras! Este ditado popular é muito bom pra entendermos que alguns conteúdos podem ser melhor compreendidos quando construímos ilustrações ou modelos físicos para demonstrá-los. Vamos construir duas maquetes mostrando a diferença entre Anagênese e a Cladogênese. Na plataforma vamos expor fotografias das maquetes prontas e do “makingoff”, ou melhor das suas etapas de construção. PARA FINALIZAR... Vamos recapitular tudo o que aprendemos nesta Unidade. Estudamos sobre Adaptação, sobre o comportamento dos genes e dos genótipos na população e sobre formação de novas espécies. Que tal se pudermos agora construir um pequeno ensaio falando sobre estes três assuntos de modo concatenado? É uma oportunidade de mostrar o quanto aprendeu. Vamos lá? Pode ser, no mínimo, com duas laudas. RESUMO Como surge uma nova espécie? Esta pergunta embala estudantes de todas as idades, além de causar um furor nas pessoas que são fundamentalistas religiosas. Esta unidade discorre sobre os fundamentos do processo adaptativo e sua relação com o processo de formação de novas espécies. O estudante tomou conhecimento dos principais modelos e mecanismos de especiação. Cada caso, um caso... puro acaso – os processos de evolução biológica dos seres vivos de Fábio de Melo Sene. O título já é um prenúncio da delícia que é a leitura deste livro. Vale a pena entender todos os seus conteúdos, usados pelo autor uma linguagem simples e bastante acessível. Boa leitura! FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 177 UNIDADE 4 EVOLUÇÃO E DIVERSIDADE OBJETIVOS • Conceituar a filogenia e suas implicações para Evolução. • Conhecer os processos que resultaram na Evolução da célula, das plantas e dos principais grupos de animais. • Conhecer os principais ancestrais do Homo sapiens e seu mecanismo de dispersão pelas diferentes regiões da Terra. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 179 1. Filogenia 1.1.Revelando a história da vida Como o próprio Darwin disse emA Origem das Espécies, o “sistema natural (de classificação) é baseado na descendência com modificação; que as características... mostrando real afinidade entre duas ou mais espécies, são as que foram herdadas de um ancestral comum,... e não de algum plano desconhecido da criação”. Este conceito de linhagem de seres vivos é o que o naturalista alemão Ernst Haeckel (1834-1919) denominou de filogenia. Inicialmente, as tentativas de produzir filogenias baseavam-se na classificação Lineana, e incorporavam noções de “progresso evolutivo”, representadas por linhas retas unindo ancestrais primitivos a descendentes mais avançados (com os humanos sempre no topo da “árvore”). Hoje, as falhas desta visão são reconhecidas e a classificação biológica utiliza a abordagem do entomologista alemão WilliHenning (1913-1976), da década de 1950. Atualmente a ciência denominada sistemática filogenética, ou “cladística”,tenta criar uma classificação natural baseando-se nas relações de parentesco,onde geralmentequalquer ramo, ou “clado”, consiste em apenas um ancestral e todos os seus descendentes,é o denominado grupo “monofilético”. Nas últimas décadas, esta nova abordagem mudou radicalmente a classificação biológica e contribuiu para a descoberta de relações evolutivas inesperadas. Por exemplo, as aves são consideradas, hoje, parte do clado dos dinossauros e têm um ancestral comum com os crocodilos. Esta reclassificação filogenética das aves significa que os dinossauros não foram completamente extintos – alguns de seus descendentes com penas sobreviveram à extinção do fim do Cretáceo e passaram por extraordináriae bem-sucedida irradiação, evoluindo e assumindo a forma das aves modernas – as aves neognatas. SAIBA MAIS... Filogenia é a história evolutiva de um grupo, incluindo as relações de parentesco entre suas espécies ancestrais em vários níveis e as espécies descendentes. Evolução 180 1.2. O que é uma filogenia Uma filogenia é uma hipótese acerca das relações de parentesco expressas como um diagrama de uma árvore. Todas as partes da árvore são inferidas, exceto pelas pontas dos ramos, as quais são espécies observadas e descritas, viventes ou fósseis. Os métodos filogenéticos típicos assumem que não há hibridização ou transferência gênica horizontal por meio de vetores microbianos uma vez que a especiação é completa (isso não é certamente o caso de muitas bactérias). Fósseis, os quais ajudam a testar, calibrar e sustentar as árvores filogenéticas são usualmente interpretados como pontas de ramos extintas, não como ancestrais viventes das espécies atuais. 1.3. Tipos de árvores filogenéticas As árvores filogenéticas podem ser enraizadas ou não. Para enraizar uma árvore, utiliza-se um grupo controle (out group), o qual claramente não pertence ao grupo que está sendo analisado; um grupo- irmão (sister-group) é melhor, se ele pode ser identificado confiavelmente. Assim, o grupo-controle para uma filogenia de tetrápodes, por exemplo, deveria ser um peixe, provavelmente um pulmonado, não equinodermo. A conexão ao grupo controle define a raiz da árvore. Se a árvore não é enraizada, não podemos identificar o grupo controle ou – como no caso da árvore da vida – não há tal grupo, já que a vida celular se originou apenas uma vez. Enraizar uma árvore é um passo importante, já que ele introduz a noção de que alguns traços são ancestrais, ou plesiomórficos (plesio=próximo, relacionado; morfo=forma), e outros são derivados ou apomórficos (apo=derivados). Isso tem implicações importantes para a interpretação da evolução dos caracteres. SAIBA MAIS... Alguns conceitos importantes Simplesiomorfias - é o conjunto de plesiomorfias para determinado conjunto de seres vivos. Sinapomorfias - é o conjunto de apomorfias para um determinado conjunto de seres vivos. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 181 O conhecimento de uma sinapomorfia em um grupo corresponde à união de uma condição apomórfica ao conhecimento da distributividade dessa condição. Ex.: Coração com 3 cavidades é uma característica simplesiomórfica em relação a répteis e anfíbios. Coração com 4 cavidades é uma característica sinapomórfica em relação às aves, mamíferos e répteis crocodilianos. Árvores (Fig. 18) apresentam nós terminais e internos, ramos periféricos e interiores. Os nós terminais representam grupos descritos e cujos caracteres são conhecidos a partir de observações; os nós internos representam ancestrais hipotéticos, cujos traços são inferidos. Ramos periféricos terminam em táxons descritos; ramos interiores conectam ancestrais hipotéticos. 1.4. Tipos de dados Árvores filogenéticas podem ser construídas tanto a partir de dados qualitativos, como caracteres discretos (tais como a presença ou ausência de uma estrutura morfológica, ou a presença ou ausência de quatro nucleotídeos em uma localidade particular do DNA, por exemplo), ou traços quantitativos (tais como razões entre os comprimentos das porções corpóreas ou a porcentagem de similaridade entre sequências de DNA). 1.5. Cladística A abordagem sistemática, conhecida como “Cladística”, foi formulada por Hennig (1966) e é amplamente utilizada. Ela é distinguida por suas suposições, claramente propostas: somente estados derivados de Fig. 18 - Esquema mostrando uma árvore filogenética básica e suas partes. Fonte: http:// www.ebah.com.br/content/ABAAAAMwYAE/cladograma. Evolução 182 um traço – sinapomorfias – são filogeneticamente informativos, e a melhor árvore requer a menor quantidade de mudanças destes estados: é a árvore mais parcimoniosa. Hennig introduziu a parcimônia como um critério nos julgamentos das árvores; o desenvolvimento de métodos de parcimônia, para construção de árvores, deu-se posteriormente. A cladística trouxe à sistemática alguns termos técnicos que são amplamente utilizados. 1.6. Forma e agrupamentos taxonômicos: Grupos Monofiléticos e Merofiléticos Grupos Monofiléticos são conjuntos de espécies, incluindo uma ancestral e todas as suas espécies descendentes ou, grupo em que todas as espécies são mais aparentadas entre si do que com quaisquer outras, ou grupo que inclui todas as espécies descendentes de uma espécies ancestral, ou ainda, grupo de espécies descendentes de uma espécie ancestral comum só a elas. Grupos Merofiléticos são grupos que não correspondem a um agrupamento monofilético. A maioria absoluta das mutações surgidas se perde: • as que ocorrem em células somáticas desaparecem com a morte do indivíduo; • a maior parte das mutações em células gaméticas deve ser deletéria; • a imensa maioria dos gametas transportando mutações não deletérias simplesmente não chegam à fecundação; • uma parte dos gametas portadores de novas mutações que Fig. 19 - Cladograma. Grupos Monofiléticos (A, B, C, D, E, F e A, B, C). Grupos Merofiléticos (A, B, C, D, E, G). Fonte: F.S.Santos-Filho. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 183 chegam à fecundação pode ser eliminada por deriva genética ou por seleção. • Conclusão: apenas uma pequena fração do número total de mutações ocorridas em cada população chega a fixar-se. Apomorfias compartilhadas (sinapomorfias) são indícios de ancestralidade comum exclusiva, ou seja, de monofilia.Lineu e outros sistematas antes de Hennig lidavam com a diversidade biológica reunindo espécies com base em semelhanças. • Antes de Darwin – semelhanças eram explicadas por essências compartilhadas. • Depois de Darwin – as semelhanças são reflexo de um processo de conexão de espécies atuais em espécies ancestrais. O método filogenético é baseado em dois tipos de semelhanças: plesiomorfias e apomorfias.O método de reconstrução filogenética é um sistema para listar sinapomorfias e assim delimitar grupos monofiléticos. A regra geral é que um grupo com n espécies recentes e que tenha sofrido apenas divisões dicotômicas tem n-1 espécies ancestrais.No exemplo acima (Fig. 19), observam-se 10 (n) espécies (A-J). Percebe-se nos nós as representações dos ancestrais (1-9).A determinação de laços de parentesco entre espécies é confirmada pela presença de pelo menos um ancestral comum exclusivo.Afirmar simplesmente que duas espécies apresentam ancestral comum apenas confirma o paradigma filogenético, sendo, desta forma, uma afirmação filogenética não informativa. SAIBA MAIS... Entendendo a construção e alguns conceitos sobre Cladogramas Representações das relações de parentesco entre grupos. Grupo-Irmão (“Sister-Group”) Táxons ou grupos ligados e próximos por caracteres exclusivos. No cladograma abaixo vê-se dois grupos irmãos (circulados): Evolução 184 • Cladogramas exclusivamente dicotômicos: totalmente resolvidos; Os cladogramas a seguir, embora pareçam diferentes, são absolutamente iguais, pois as relações indicadas entre os grupos são exatamente as mesmas. Polarização de séries de transformação Uma condição é APOMÓRFICA se for mais recente; quando mais antiga é PLESIOMÓRFICA. Assim se uma condição é apomórfica dentro do grupo é porque surgiu depois deste grupo e a condição plesiomórfica é aquela que pode ser encontrada em grupos externos ao qual se está analisando. Método de comparação com grupos externos Foi criado para determinar se um caráter é apomórfico ou plesiomórfico. O caráter para determinado grupo é comparado com um grupo externo. Caso ele não esteja presente no grupo externoele considerado uma aquisição recente, ou seja, uma apomorfia. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 185 • Cladogramasnão-exclusivamente dicotômicos: incompletamente resolvidos. Apresentam uma ou mais tricotomias ou politomias, conforme o esquema a seguir: Notação Parentética - oscladogramas podem ser substituídos por uma notação que envolve parênteses. Cada parêntese reúne o grupo ligado pelo mesmo nó. Ex.: Matriz de caracteres Caracteres presentes nas diferentes espécies que estão sendo comparadas são alocados em uma matriz. Na matriz estariam presentes: os caracteres (representados na parte superior das colunas), seu estado (representados no interior das colunas: 0 para caracteres plesiomórficos e Evolução 186 1 para caracteres apomórficos) e as espécies analisadas (representadas na coluna que forma os elementos iniciais das linhas). Montagem do Cladograma a partir da Matriz 1.7. A teoria e a racionalidade da construção de árvores Há três métodos usualmente utilizados na construção de árvores: parcimônia, distância e máxima semelhança. Métodos de parcimônia aplicam a lógica da cladística aos dados moleculares, morfológicos ou ambos. Método de distância e de máxima semelhança são geralmente aplicados a sequência de DNA com homoplasias usuais. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 187 1.8.Métodos de Parcimônia Esta família de métodos é baseada na cladística: hipóteses mais simples são preferidas às mais complicadas, e similaridades derivadas compartilhadas são decisivas. O maior número de similaridades entre os táxons é explicado pela ancestralidade comum. Na maioria dos bancos de dados, alguns traços confrontam-se com esta explicação, tornando necessárias suposições de homoplasias (convergência, paralelismos ou reversão). Quando a parcimônia é aplicada em dados de sequências, taxas evolutivas devem ser pequenas, ou aproximadamente iguais em diferentes linhagens, caso se queira obter árvores que abordam a verdadeira relação com números crescentes de dados. 1.9.Métodos de Distância Uma distância é o número de diferenças em estados de caracteres entre dois táxons. Todos estes métodos se iniciam pelo cálculo das distâncias entre todos os pares de espécies. Métodos comuns incluem a análise de cluster, o neighbor-joining e os métodos de otimização. 1.9.1.Análise de Cluster A análise de Cluster é simples e rápida, porém é considerada fraca. Ela assume que as alterações ocorrem a uma mesma taxa em todos os ramos da árvore, o que é questionável, e que o agrupamento, com base na similaridade total, é logicamente válido, o que ignora a distinção cladística entre as sinapomorfias informativas e as plesiomorfias sem informação. 1.9.2. Neighbor-joining O neighbor-joining é o principal método de fornecimento de árvores aditivas, nas quais se assume que os comprimentos dos ramos entre qualquer par de táxons, podem ser somados de forma a fornecer o número de modificações evolutivas que ocorreram entre eles. Ele procede por meio da ligação dos nós dos pares mais próximos, o que define o ancestral comum removendo os ramos distais, os quais convertem novos ancestrais comuns em um nó terminal em uma árvore pequena. Este método pode lidar Evolução 188 com árvores nas quais as modificações estão ocorrendo a taxas distintas em ramos diferentes. 1.9.3. Métodos de otimização Há diversas definições de otimização e de formas para encontrar a melhor das árvores. Métodos de otimização produzem estimativas de incerteza com as quais podemos observar as várias partes das árvores. 1.10. Métodos de probabilidade máxima Métodos de máxima semelhança encontram a árvore mais provável para os dados. Tal árvore é encontrada considerando um grande conjunto de árvores hipotéticas – todas as árvores possíveis ou amostras representativas das mesmas. Para cada árvore candidata, a probabilidade é calculada de forma que um dado estado inicial forneça um estado final após o fim de um intervalo de tempo definido. As possibilidades para todas as modificações na árvore, então, multiplicadas para fornecer a probabilidade total da árvore. Na realização destes cálculos, o comprimento dos ramos tem um papel importante. A melhor árvore é aquela de maior probabilidade. O método tem lógica e é computacionalmente caro. Sua gama de aplicações aumenta conforme melhoram os computadores. 1.11. Encontrando e avaliando árvores Árvores filogenéticas são, atualmente, calculadas rotineiramente com computadores. Aqui simplesmente assumimos que os dados e os softwares estão disponíveis e que a árvore pode ser construída. Há duas abordagens básicas, a exata e a heurística. A abordagem encontra a melhor árvore possível. Se somente alguns poucos táxons estão sendo comparados, podemos trabalhar com todas as árvores possíveis, calcular a pontuação de cada uma delas e escolher a melhor: por exemplo, o menor número de modificações de estados de caracteres. Isso nos dá uma distribuição de frequência das pontuações, dizendo quantas árvores são próximas ao ótimo, bem como qual a melhor. Entretanto, ela não pode ser utilizada para grandes números de táxons, pois o número de árvores FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 189 possíveis cresce fatorialmente com o número de táxons: somente 945 para sete táxons, mais de 2 X 1020 para 20 táxons. Por esta razão, métodos heurísticos foram desenvolvidos para estimar árvores ótimas para grandes números de táxons. 1.12. Avaliando cladogramas: árvores de consenso estrito Com caracteres o bastante e com uma análise confiável de homoplasias, métodos de parcimônia devem fornecer a mais simples árvore. Na prática, pode não haver caracteres o bastante no banco de dados, ou as homoplasias podem ser muito frequentes, não sendo identificáveis em todos os grupos. O resultado pode ser muitas árvores igualmente parcimoniosas. O que devemos fazer com elas? Uma abordagem é perguntar: “em quantas árvores, igualmente parcimoniosas, um grupo em particular é sustentado?” Se ele é sustentado em todas estas árvores, ele pode ser incluído em uma árvore de consenso estrito. Este é o mais conservativo dos critérios; há outros. 1.13. Avaliando as árvores de distância e de máxima probabilidade Softwares fornecem medidas de confiança para as árvores estimadas com métodos de distância e de probabilidade máxima. Um dos mais comuns e o valor de bootstrap. O bootstraping é um método de estimar a confiabilidade da árvore por meio da amostragem dos dados originais, calculando uma nova árvore com um novo banco de dados e repetindo o procedimento muitas vezes. Os valores de bootstrap são as porcentagens de casos nos quais os grupos aparecem nas árvores resultantes. Valores de bootstrap acima de 90% são considerados como forte suporte; aqueles abaixo de 70% devem ser vistos com suspeitas. 1.14. Algumas dicas para avaliar árvores Aqui estão algumas questões a serem feitas quando julgamos a confiabilidade de uma árvore: 1) Quais são os erros estimados para as distâncias? Se a distância entre dois grupos é menor do que o erro estimado, então, outras hipóteses Evolução 190 sobre a relação devem ser consideradas. 2) Quais são os valores de bootstrap? Se um ramo é ótimo em mais de 90% das subamostras, ele tem suporte. Árvores com ramos longos são um problema para os métodos de parcimônia aplicados a dados de sequências, pois, quanto maiores eles são, é mais provável que as homoplasias se acumulem por mutação. Linhagens evoluindo a diferentes taxas impõem problemas para todos os métodos. Métodos estão disponíveis para lidar com estes problemas e novos estão sendo publicados todos os meses. 1.15. A genealogia dos genes e a filogenia das espécies A sistemática molecular nãoé utilizada somente na construção de árvores relacionando espécies; ela é utilizada, também, para construir a história dos genes. As árvores construídas a partir de genes de um mesmo organismo geralmente apresentam estruturas distintas; pois cada gene apresenta uma história evolutiva diferente. Para os eventos que ocorrem a uma espécie, a recuperação de uma boa genealogia dos genes deve ser realizada sobre uma sequência com pouca, ou nenhuma, recombinação; tal como o genoma mitocondrial, já que a recombinação produz redes, não ramos. Uma genealogia de um gene pode diferir da filogenia da espécie, pois as mutações não ocorrem simultaneamente e não são limitadas durante a especiação. Um gene pode ter divergido anteriormente a um evento de especiação; outro, pode ter divergido após o evento. Assim, os genes apresentam genealogias distintas e somente algumas delas possuem a mesma estrutura da filogenia da espécie na qual ocorrem. SAIBA MAIS... Semelhanças compartilhadas: sinapomorfias e homoplasias, simplesiomorfias e reversões. Se cada caráter apomórfico surgisse apenas uma vez, não haveria dificuldade na reconstrução da filogenia dos organismos.Conclusões acertadas sobre grupos monofiléticos dependeriam exclusivamente da interpretação das homologias e da polarização de caracteres. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 191 Em muitos casos, uma mesma condição apomórfica pode surgir mais de uma vez independentemente, gerando conflito entre os dados e problemas para a análise. De maneira genérica, esses casos são conhecidos como paralelismos ou convergências e denominados em conjunto HOMOPLASIAS. Para análise filogenética, as consequências do aparecimento independente das mesmas características derivadas são profundas;plesiomorfias e arqueomorfias não são indícios de ancestralidade comum exclusiva. Não se sabe se as apomorfias compartilhadas surgiram uma única vez (e são sinapomorfias) ou mais de uma vez (e são homoplasias). HOMOPLASIA – semelhanças adquiridas independentemente em dois ou mais grupos. A condição de Homoplasia pode surgir de três formas diferentes: 1) Em duas espécies, uma mesma condição plesiomórfica é alterada de modo idêntico, produzindo nas duas uma condição apomórfica semelhante (PARALELISMO); 2) Em duas espécies, condições plesiomórficas diferentes são alteradas, mas resultam em condições apomórficas finais semelhantes (CONVERGÊNCIA); 3) Em determinada espécie, uma característica arqueomórfica (sinapomórfica para um grupo mais abrangente) sofre uma modificação que gera uma condição apomórfica final semelhante à condição plesiomórfica original (PSEUDO-SIMPLESIOMORFIA ou REVERSÃO). Congruência entre caracteres - propriedade que ocorre quando a origem de dois ou mais caracteres pode ser explicada apenas por sinapomorfias. Incongruência entre caracteres - quando entre dois ou mais caracteres a origem de ao menos um deles só pode ser explicada pela ocorrência de homoplasias. Ex.: o caráter presença de asas em aves e morcegos é incongruente em relação ao caráter presença de pêlos (apenas nos morcegos), sendo as asas, portanto, uma homoplasia para os dois grupos. Evolução 192 O problema da congruência/incongruência é metodológico e diz respeito ao processo de descoberta ou reconstrução da filogenia. Na evolução, não há congruência ou incongruência, apenas homoplasias e sinapomorfias. Semelhança homoplástica – são aquelas em que uma mesma condição apomórfica surge independentemente em dois grupos. LEITURA COMPLEMENTAR Achou interessante lidar com a filogenia? De fato ao conhecermos um pouco mais sobre o assunto entendemos o quanto é importante estudarmos outras ciências como a matemática e a estatística que funcionam como uma base considerável para a cladística. Quer conhecer mais coisas? Acessa o link a seguir. Lá você vai sentir um pouco mais de prazer em estudar este tema tão palpitante (Link:http://www.ib.usp.br/ evosite/evo101/IIBPhylogenies.shtml). 2. Evolução dos grandes grupos de seres vivos 2.1. Origem da vida pluricelular A mais notória das estruturas dos seres vivos que surgiu na Terra foi a célula. Do surgimento da célula ao surgimento do primeiro ser vivo com muitas células muito tempo se passou – uma evolução de organização estrutural dos seres vivos. Vida “pluricelular” não se refere à simples presença de mais de uma célula constituindo o organismo, mas a existência de mais de um tipo celular, caracterizando-se desta forma a diferenciação celular. As formas de vida com mais de um tipo celular têm um desenvolvimento minimamente rudimentar. Um desenvolvimento que se inicia com o zigoto unicelular até a formação de um organismo adulto com diferentes tipos de células. A vida primitiva teve início com organismos formados por uma película com muitas células. Há indícios que a vida multicelular tenha sido iniciada há mais de 3,5 bilhões de anos, mas a forma integrada dos atuais pluricelulares é bem mais recente, estimando-se em 1,5 bilhão de anos. Os fósseis mais antigos de organismos pluricelulares são algas com FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 193 aproximadamente 1,2 bilhões de anos. Os fósseis mais antigos de animais pluricelulares são aquáticos, como medusas e vermes provenientes dos depósitos de Ediacara, na Austrália. SAIBA MAIS A TEORIA DA TECTÔNICA DE PLACAS Tectônica de placas é uma teoria da geologia que descreve os movimentos de grande escala que ocorrem na litosfera terrestre. Na teoria da tectônica de placas, a parte mais exterior da Terra é composta de duas camadas: a litosfera, que inclui a crosta e a zona solidificada na parte mais externa do manto, e a astenosfera, que inclui a parte mais interior e viscosa do manto. Numa escala temporal de milhões de anos, o manto parece comportar-se como um líquido superaquecido, mas em resposta a forças repentinas, como os terremotos, comporta-se como um sólido rígido. A litosfera encontra-se fragmentada em várias placas tectônicas e estas deslocam-se sobre a astenosfera. Esta teoria surgiu a partir da observação de dois fenômenos geológicos distintos: a deriva continental, identificada no início do século XX por Alfred Wegener, e a expansão dos fundos oceânicos, detectada pela primeira vez na década de 1960. A teoria propriamente dita foi desenvolvida no final dos anos 60, por Robert Palmer e Donald Mackenzie, e desde então tem sido universalmente aceite pelos cientistas, tendo revolucionado as Ciências da Terra. Todo o movimento deste fenômeno deu-se paralelamente ao desenvolvimento da vida na Terra e, certamente, foi decisivo no processo de estabelecimento da evolução dos seres vivos. 2.2. A explosão do Cambriano Os principais períodos de tempo dos documentários fósseis começam no Cambriano. Até a década de 1940 os fósseis do Pré-Cambriano não eram conhecidos. O conhecimento destes fósseis data de um pouco Evolução 194 antes de 500 milhões de anos, provavelmente surgiu de uma proliferação súbita e não de um início súbito da vida fóssil. A vida vem evoluindo há 4 bilhões de anos e hoje se distribui em uma série de filos principais. Era de se esperar que esses filos se originassem a uma velocidade relativamente constante, mas parece que quase todos eles surgiram com uma diferença de menos de 40 milhões de anos entre si. Estudos moleculares inferiram que os metazoários bilatérios compartilhavam um ancestral há cerca de 1,2 milhões de anos. A evidência molecular oferece a data do ancestral comum enquanto a evidência fóssil nos diz quando surgiu cada grupo animal, em sua forma moderna. Poderia ter havido um período, anterior aquele em que os fósseis se depositaram, no qual os ancestrais de cada grupo existiam, mais eram ou frágeis ou raros demais, ou estavamem local inadequado para deixar fósseis. A explosão do Cambriano é um evento fóssil e, provavelmente marca o tempo de origem das partes duras. Os animais com esqueletos rijos ou conchas deixam fósseis com muito maior frequência do que os animais que só tem partes moles. Mas se as partes duras se originaram há cerca de 540 milhões de anos, isso levanta a questão de porque, repentinamente, as partes duras se tornaram vantajosas em tantos grupos, quase ao mesmo tempo. Com a evolução dos predadores, partes duras tornaram-se vantajosas por razões de defesa. Outro fator é que os níveis de oxigênio podem ter aumentado por volta do final do Pré-Cambriano. Isso pode ter sido causado pelo aumento da produtividade das plantas – isto é, do fitoplâncton. O aumento de produção de plantas (se ele ocorreu então) teria suportado uma maior massa e diversidade de animais. A maior quantidade de presas em potencial poderia ter criado uma oportunidade que levou à evolução dos predadores. A hipótese da “Terra como uma bola de neve” sugere que a Terra pode ter sido quase inteiramente coberta por gelo e geleiras. A vida seria rara, confinada a áreas próximas a fontes de água quente ou a erupções oceânicas, ou as áreas limitadas em que houve derretimento de gelo suficiente para permitir a passagem de luz solar e a ocorrência de fotossíntese. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 195 2.3. A evolução das plantas terrestres São encontradas células procarióticas fósseis de ambientes terrestres de mais de 1 bilhão de anos. Até a Terra ser colonizada por plantas e fungos, a vida terrestre só existia na forma microbiana. Em relação as plantas, as evidências de esporos fósseis de 476 milhões de anos são amplamente aceitas e há outras evidências de esporos fósseis com, talvez, 550 milhões de anos. As plantas terrestres relacionam-se mais estreitamente com um grupo de algas verdes chamadas Carofíceas. Os esporos fósseis primitivos têm uma estrutura de “tétrade” que é encontrada em algumas briófitas atuais e as plantas fósseis mais antigas parecem estar relacionadas aos ramos filogenéticos que levaram às atuais briófitas e pteridófitas. Os eventos principais da evolução inicial das plantas terrestres foram: i) evolução de uma fase de esporos resistentes; ii) a evolução de um tecido vascular; iii) formação de raízes e; iv) formação das folhas. Os fósseis mais antigos de plantas inteiras datam de 430 milhões de anos e eram constituídos de troncos ramificados, desprovidos de folhas e raízes. Estima-se que faziam fotossíntese pelo tronco, no qual são visíveis estômatos. Fósseis de plantas com folhas datam de 390 a 350 milhões de anos. A evolução das plantas com folhas coincidiu com a redução de 90% do CO2 existente na atmosfera, atividade promovida especialmente pelo desenvolvimento da raiz que através do esboroamento degrada fortemente este gás. Já as plantas como sementes são registradas com fósseis desde o Carbonífero, há cerca de 250 milhões de anos, representada principalmente por Pteridófitas com sementes, inexistentes atualmente (Pteridospermófitas). As plantas angiospermas surgiram um pouco mais tarde, há cerca de 125 milhões de anos, no Cretáceo Inferior, conforme o registro fóssil. Há, entretanto, um desencontro entre datas. Estudos moleculares revelaram que as Angiospermas surgiram no período entre 200 e 250 milhões de anos antes do presente. Esta incerteza pode decorrer de Evolução 196 três razões: i) incompletude do registro fóssil; ii) imprecisão do relógio molecular ou iii) uma demora para entre a origem e a proliferação deste grupo de plantas. A coevolução com insetos polinizadores corrobora com a evolução das angiospermas, estimada entre o Cretáceo Inferior e o Terciário, assim como a origem e proliferação das gramíneas, explicada pela coevolução de mamíferos dotados de dentes capazes de utilizá-las como alimento. 2.4. Evolução dos animais vertebrados Os animais vertebrados mais antigos encontrados como fósseis são os peixes, que datam do Cambriano ou do Pré-Cambriano Superior. As evidências fósseis apontam para o surgimento das primeiras espécies de vertebrados terrestres no Devoniano Superior, há cerca de 360 milhões de anos. É provável que a conquista do ambiente terrestre por parte das plantas tenha sido o fator indutor para os primeiros vertebrados saírem do ambiente aquático para o ambiente terrestre, ainda que úmido, pela proximidade destas plantas em relação aos cursos d’água. Os anfíbios teriam sido os primeiros tetrápodes e vertebrados terrestres a surgir. Os peixes ósseos atuais dividem-se em dois grupos principais: i) peixes com nadadeiras raiadas e; ii) peixes com nadadeiras lobadas. Os tetrápodes atuais descendem de peixes ancestrais com nadadeiras lobadas. Análises moleculares sugeriram que os atuais peixes pulmonados eram da mesma linhagem destes ancestrais. Uma série de fósseis de peixes pulmonados, com nadadeiras lobadas (Eusthenopteron – Acanthostega – Ichthyostega)documentam muito bem a transição entre peixes e os primeiros anfíbios (Fig. 20, 21 e 22). FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 197 Evidências fósseis sugerem que os membros dos tetrápodes inicialmente evoluíram com remos, para nadar. Seu uso posterior, para andar foi uma pré-adaptação. A condição atual dos tetrápodes de apresentarem cinco dedos demonstra que estes derivaram de ancestrais com estas características. No Devoniano, os tetrápodes tinham de sete a nove dedos. O passo seguinte para a conquista do ambiente terrestre foi o desenvolvimento do ovo amniótico (répteis, aves e mamíferos). O passo evolutivo seguinte foi o surgimento do voo (presente em répteis primitivos e nas aves atuais) e a origem dos mamíferos. 2.5. Evolução dos mamíferos Os mamíferos evoluíram dos répteis em uma longa série de pequenas mudanças. São um grupo de vertebrados diferentes em muitos aspectos: i) eles tem sangue quente e temperatura corporal constante e, por isso, uma alta taxa de metabolismo e um mecanismo homeostático; ii) eles tem um modo de locomoção, ou andar, característico, em que o corpo é mantido ereto com as pernas embaixo dele (contrastando com o andar “arqueado” dos répteis, como os lagartos, em que as patas se projetam para os lados); iii) eles têm cérebros grandes; iv) seu modo de reprodução, inclusive a lactação, também é distintivo; v) o ativo metabolismo dos mamíferos exigem alimentação eficiente, por isso eles têm mandíbulas Evolução 198 potentes e um conjunto de dentes relativamente duráveis, diferenciados em vários tipos dentários. Os mais antigos fósseis de mamíferos datam do triássico superior, há cerca de 200 milhões de anos. Eles evoluíram durante um período de aproximadamente 100 milhões de anos do Carbonífero Superior até o final do Triássico, quando apareceu o primeiro mamífero verdadeiro. As características que podem ser reconstruídas com maior clareza nos fósseis são relacionadas com locomoção e alimentação, porque estão relacionadas de um modo simples com a forma dos ossos e dentes preservados. Era Período Época Milhões de anos (do começo ao presente) Eventos ce no zó ic o Quaternário Holoceno (recente) 0,01 Continentes nas posições atuais; glaciações; extinção dos grandes mamíferos e aves; surgimento do Homo sapiens; surgimento da agricultura e das civilizações. Terciário Pleistoceno 1,8 Continentes aproximando-se das posições atuais; clima seco e mais frio; radiação de mamíferos, aves, cobras, angiospermas, insetos polinizadores e peixes teleósteos. Plioceno 5,2 Mioceno 23,8 Oligoceno 33,5 Eoceno 55,6 Paleoceno 65 M és oz ói co Cretáceo 144 Continentes separados; radiação dos dinossauros;aumento da diversidadede angiospermas; mamíferos e aves; extinção em massa no final do período, incluindo eliminação de Amonites e Dinossauros. Jurássico 206 Continentes em processo de separação; diversificação de dinossauros e outros “répteis”; surgimento das primeiras aves e mamíferos primitivos; dominância das “gimnospermas”; evolução das angiospermas; radiação dos Amonites; ápice da revolução marinha do Mesozóico. Triássico 251 Os continentes começam a se separar; aumento da diversidade marinha; início da dominação das “gimnospermas”; diversificação dos “répteis”, incluindo os primeiros dinossauros; primeiros mamíferos. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 199 P al eo zó ic o Permiano 290 Continentes formando a Pangea; glaciações; baixo nível do mar; ampliação de peixes mais complexos; surgimento de diversas ordens de insetos; declínio dos anfíbios; “répteis” incluindo as formas semelhantes a mamíferos se diversificam; extinções em massa, especialmente marinha no final do período. Carbonífero 354 Formação de Gondwana e dos primeiros continentes do norte; florestas extensas com as primeiras plantas vasculares; primeiras ordens de insetos alados; diversificação de anfíbios; primeiros répteis. Devoniano 409 Diversificação dos peixes ósseos; diversos trilobitas; origem dos amonoides, anfíbios, insetos, samambaias e plantas com sementes; extinção em massa no final do período. Siluriano 439 Diversificação dos ágnatos; origem dos peixes mandibulados; primeiras plantas vasculares terrestres; surgimento de artrópodes e insetos. Ordoviciano 500 Diversificação dos equinodermos, além de outros filos de invertebrados e os vertebrados agnatos; extinção em massa no final do período. Cambriano 543 Diversificação dos animais marinhos; aparecimento da maioria dos filos animais e muitas classes; primeiros vertebrados ágnatos e diversas algas. P ro te or zó ic o 2.500 Primeiros eucariotos (1,9 a 1,7 bilhões de anos AP); origem do reino eucariótico; pegadas fósseis de animais (1 bilhão de anos AP); animais multicelulares (a partir de 640 milhões de anos AP, incluindo possíveis Cnidários, Anelídeos e Artrópodes). A rq ue an o 3.600 Origem da vida no passado remoto; primeira evidência fóssil há 3,5 bilhões de anos AP; diversificação dos procariotos (bactérias); a fotossíntese gera O2 substituindo atmosfera primitiva; evolução da respiração aeróbica. Evolução 200 3. Evolução do homem 3.1. Introdução Inicialmente considerado um ser especial, o homem tem dominado a face da Terra com sua inteligência e cultura que vão além do que deveriam, uma vez que exploram exacerbadamente os recursos oferecidos pela Terra e já tenta explorar outros astros do Universo, como a lua e planetas vizinhos, mandando missões tripuladas e não tripuladas. O entendimento da evolução humana passa, sobretudo, pela aceitação da própria evolução. Aceitar que o homem, a exemplo de qualquer outro animal, sofreu modificações ao longo do tempo não foi fácil. Assim como não foi fácil estabelecer uma linha evolutiva, especialmente, pelo fato dos primeiros ancestrais encontrarem-se nos confins do Continente Africano, tantas vezes renegado e preterido, considerado o mais pobre de todos os continentes. As primeiras descobertas se referiram ao Homem de Neanderthal, descoberto na Alemanha e considerado inicialmente ancestral da linhagem atual do homem. Os neandertais eram mais fortes e tinham a capacidade craniana maior e, atualmente, são considerados uma subespécie do Homo sapiens (H. s. neanderthalensis). Pesquisas em sítios arqueológicos franceses confirmam que viveram na mesma época. A expansão das pesquisas no continente africano chegou a um conjunto de fósseis, cujas idades os colocam como antecessores da espécie atual. Dentre os principais destacam-se: Australopithecusafarensis, Homo habilis e Homo erectus. O Australopithecus é considerado o mais antigo hominídeo que tinha o porte ereto e andar bípede. Viveu provavelmente entre 3,8 e 3,5 milhões de anos atrás Já foram encontrados resquícios de pelo menos 300 indivíduos desta espécie, sendo o mais conhecido a fêmea Lucy, encontrada em 1973 no deserto de Afar (África). FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 201 O Homo habilis foi encontrado na Suazilândia (África) e é considerado o ancestral do Homo erectus. Viveu entre 1,5 – 2 milhões de anos atrás e recebeu este nome porque utilizava ferramentas feitas com ossos, pedra ou madeira. O Homo erectus foi o hominídeo que se irradiou por diferentes regiões da Terra. Viveu em cavernas, dominava o fogo e executava pinturas. Já foi encontrado na África, Ásia, Europa e na Indonésia. Viveu entre 1,5 milhão e 300 mil anos antes do presente (AP). 3.2. Os primatas e as origens do Homem A linhagem de eutérios que teve efeitos marcantes em diversos ecossistemas é a dos primatas, a qual pertencem os humanos. Os primatas sofreram uma grande e recente radiação evolutiva. Eles provavelmente surgiram durante o período Cretáceo, a partir de pequenos insetívoros arborícolas (que vivem em árvores). As principais características que distinguem os primatas dos outros mamíferos são todas adaptações a vida nas árvores. Elas incluem: mãos habilidosas com polegares opositores capazes de agarrar galhos e manipular o alimento; unhas em vez de garras; olhos na frente do rosto que fornecem uma boa percepção de profundidade; pequenas ninhadas: geralmente apenas um filhote que recebe grande cuidado parental. No início da sua evolução, a linhagem dos primatas se dividiu em dois ramos, os prossímios e os antropoides. Os prossimios – lêmures, macacos-cravo e lorises – já existiram em todos os continentes, mas hoje são restritos a região da África, Madagascar e Ásia tropical. Todas as espécies continentais são arborícolas e noturnas. Entretanto, em Madagascar, local de impressionante radiação de prossímios, existe também espécies diurnas e terrestres. Os antropoides – os primatas noturnos do gênero Tarsius, os micos, os macacos e os humanos – originaram-se de uma linhagem primitiva de primatas há cerca de 55 milhões de anos na África ou na Ásia. Os primatas do Novo Mundo vêm evoluindo separadamente daqueles do Velho Mundo há bastante tempo, e eles devem ter vindo da África, chegando a América Evolução 202 do Sul quando os dois continentes ainda estavam juntos. Talvez devido ao fato de há muito tempo a América tropical possuir tantas florestas densas, todos os macacos do Novo Mundo são arborícolas. Muitos deles possuem a cauda longa e preênsil com a qual conseguem se agarrar nos galhos. Muitos primatas do Velho Mundo são também arborícolas, mas muitas espécies são terrestres. Algumas dessas espécies, como os babuínos e os macacos, vivem e se deslocam em grandes grupos. Nenhum primata do Velho Mundo possui cauda preênsil. Há cerca de 20 milhões de anos, a linhagem que levou aos macacos atuais se separou dos outros primatas do Velho Mundo. Os primeiros macacos eram arborícolas, mas algumas espécies passaram a viver em habitats mais secos e com menos árvores, onde obtinham a maior parte do alimento do chão. Os macacos viveram na África, nos Balcãs e na Ásia num período de 15 a 20 milhões de anos. A África, principalmente, era rica em espécies de macacos, mas as sequências de DNA dos primatas atuais e algumas evidências fósseis sugerem que um macaco europeu que se espalhou pela África há cerca de 10 milhões de anos pode ter sido o ancestral dos macacos atuais. Dos gêneros de macacos atuais, quatro – gorilas (Gorilla), chimpanzés (Pan), orangotango (Pongo) e gibãos (Hylobates) – são restritos as regiões tropicais da África e da Ásia. O quinto (Homo)está distribuído pelo mundo todo. 3.3. Os ancestrais do Homem desceram para o chão A linhagem dos primatas que levou aos humanos começou com os Ardipithecus. Esses macacos possuíam adaptações morfológicas para o bipedismo – locomoção na qual o corpo é mantido ereto e se move exclusivamente por movimentos das pernas posteriores. A locomoção bípede livra as mãos para manipular objetos e carregá-los ao mesmo tempo em que o animal caminha. Também eleva os olhos, permitindo que o animal olhe sobre toda a vegetação para localizar predadores e presas. Provavelmente ambas as vantagens foram importantes para os Ardipitecíneos primitivos e seus descendentes, os Australopithecus. O primeiro crânio de um Australopiteco foi encontrado na África do FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 203 Sul em 1924; desde então outros fragmentos foram encontrados em vários locais na África. O esqueleto fóssil mais completo de um Australopiteco, de aproximadamente 3,5 milhões de anos, foi descoberto na Etiópia em 1974. Esse indivíduo, uma jovem conhecida como Lucy, atraiu muito a atenção porque seus restos estavam muito completos e bem – preservados. Lucy foi considerada como sendo da espécie Australopithecusafarensis, o mais provável ancestral dos humanos. Todas as evidências de diferentes partes do seu esqueleto sugerem que Lucy tinha apenas cerca de um metro de altura e caminhava de pé. A partir dos ancestrais do Australopithecusafarensis, várias espécies de Australopithecus evoluíram. Há vários milhões de anos, dois tipos de Australopithecus viveram juntos em grande parte do leste da África. O maior deles (com cerca de 40 quilos) é representado por pelo menos duas espécies, as quais morreram de repente há cerca de 1,5 milhões de anos. O A. africanus é bem mais raro como fóssil, o que sugere que era menos comum do que as outras espécies. SAIBA MAIS O fóssil mais famoso do Australopithecusafarensis recebeu o nome de Lucy por uma razão muito curiosa. Em 1974, no auge do sucesso do grupo musical inglês The Beatles, o fóssil mais completo de um ancestral humano foi descoberto na Etiópia e verificou-se tratar de uma fêmea. O fóssil recebeu o nome de Lucy numa alusão ao sucesso do grupo inglês chamado “Lucy in theskywith Diamonds”. 3.4. Os humanos se originaram de ancestrais Australopithecus Muitos especialistas acreditam que o recém-descoberto Australopithecusgarhi, ou alguma espécie semelhante, tenha dado origem ao gênero Homo. A. garhi, um hominídeo com cérebro pequeno, dentes grandes e pernas de proporções semelhantes as do homem, começou a usar utensílio para obter alimento há cerca de 2,5 milhões de anos. Eles carneavam os animais até chegar a medula óssea que é rica em gordura. Os hominídeos primitivos – membros do gênero Homo – foram Evolução 204 contemporâneos dos Australopithecus talvez por meio milhão de anos. Duas grandes mudanças acompanharam a evolução do Homo a partir do Australopithecus: um aumento no tamanho do corpo e o aumento em dobro do tamanho do cérebro. Os restos fósseis mais antigos do gênero Homo, chamado H. habilis, foram descobertos na Garganta deOlduvai, Tanzânia, e calcula- se que tenham 2 milhões de anos. Outros fósseis de Homo habilis foram encontrados no Quênia e na Etiópia. As ferramentas utilizadas por esses hominídeos primitivos foram encontradas com os fósseis. O Homo habilis vivia em áreas relativamente secas nas quais, durante a maior parte do ano, as principais reservas de alimento são raízes subterrâneas, bulbos e tubérculos. Para explorar estes recursos alimentares, um animal precisa cavar em solos secos e duros, algo que não é possível de ser feito com uma mão de primata sem a ajuda de algum tipo de utensílio. Entretanto, as raízes podem ser arrancadas em grandes quantidades em um tempo relativamente curto, por um indivíduo com uma simples ferramenta de escavação. As fêmeas de H. habilis que carregavam seus filhos podem ter feito isso, deixando que os homens caçassem animais para adquirir as proteínas que as raízes não possuíam. A única outra espécie extinta do nosso gênero, Homo erectus evoluiu a cerca de 1,6 milhão de anos. Logo depois havia se espalhado até o leste asiático. À medida que se expandiu e aumentava em abundância, o H. erectus deve ter exterminado o H. habilis. Os membros de H. erectus eram tão altos quanto as pessoas atuais, mas seus ossos eram consideravelmente mais pesados. O H. erectus utilizava o fogo para cozinhar e para caçar grandes animais e fazia ferramentas de pedras características que têm sido encontradas em muitas partes do Velho Mundo. Essas ferramentas eram provavelmente utilizadas para cavar, capturar animais, FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 205 limpar e cortar a carne, raspar as peles e cortar madeira. Apesar de o H. erectus ter sobrevivido na Eurásia até cerca de 250 mil anos atrás, ele foi substituído, nas regiões tropicais pela nossa espécie, Homo sapiens, há cerca de 200 mil anos. 3.5. Os cérebros se tornaram estavelmente maiores As tendências que acompanharam a transição do Australopithecus para o H. erectus continuaram durante a evolução de nossa própria espécie. Os primeiros membros dos Homo sapiens possuíam cérebros maiores do que os membros de espécies mais primitivas de Homo, uma mudança que foi provavelmente favorecida por uma vida social cada vez mais complexa. A capacidade dos membros do grupo de se comunicarem uns com os outros era importante para caça e a coleta cooperativas e para melhorar a posição de um individuo dentro das complexas interações sociais que devem ter caracterizado aquelas sociedades da mesma maneira que caracterizam as nossas. Vários tipos de H. sapiens existiram durante a época do médio- Pleistoceno, entre cerca de 1,5 milhão e 300 mil anos atrás. Todos eram hábeis caçadores de grandes mamíferos, mas os vegetais continuaram sendo componentes importantes das suas dietas. Durante este período outra característica humana distinta surgiu: os rituais e os conceitos de vida após a morte. Os mortos eram enterrados com roupas e utensílios, presumivelmente para vida no outro mundo. Um tipo de H. sapiens, conhecido como homem de Neanderthal, pelo fato de ter sido descoberto pela primeira vez no Vale de Neander, na Alemanha, se distribuía por toda a Europa e a Ásia entre cerca de 75 mil e 30 mil anos atrás. Os Neanderthais eram humanos baixos, entroncados e com uma estrutura forte, cujos crânios massivos continham cérebros maiores que os nossos. Eles manufaturavam uma variedade de utensílios e caçavam grandes mamíferos, para os quais provavelmente armavam emboscadas e então os domavam em luta corpo a corpo. Por um curto período de tempo, seu domínio coincidiu em parte com aquele da forma atual de H. sapiens, conhecida como homem de Cro- Magnon, mas depois os Neanderthais desapareceram abruptamente. Muitos Evolução 206 cientistas acreditam que eles foram exterminados pelos Cro-Magnon, da mesma forma como o H. habilis foi exterminado pelo H. erectus. Os homens de Cro-Magnon faziam e utilizavam uma quantidade de ferramentas sofisticadas. Fizeram as notáveis pinturas de grandes mamíferos, muitas delas mostrando cenas de caça, que foram descobertas em cavernas de diversas partes da Europa. Os animais retratados eram típicos das estepes e das pradarias frias que ocupavam a maior parte da Europa durante o período de expansão glacial. O homem de Cro-Magnon se espalhou pela Ásia, alcançando a América do Norte há cerca de 20 mil anos, apesar da data de sua chegada ao Novo Mundo ser ainda incerta. Em alguns milhares de anos ele se espalhou para o sul pela América do Norte até chegar ao extremo sul da América do Sul. 3.6. Os humanos desenvolveram a comunicação falada e a cultura À medida que osnossos ancestrais desenvolviam cérebros maiores, suas habilidades comportamentais aumentavam, principalmente a capacidade para desenvolver a linguagem (Fig. 26). A maioria das comunicações animais consiste de um número limitado de sinais, os quais geralmente se referem a circunstâncias imediatas e estão associados com mudanças no estado emocional induzidos por tais circunstâncias. A linguagem humana é bem mais rica em caracteres simbólicos do que qualquer outra vocalização animal. Nossas palavras podem referir-se ao tempo passado e ao tempo futuro e também a lugares distantes. Somos capazes de aprender milhares de palavras, muitas das quais se referem aos conceitos abstratos. Podemos reagrupar palavras para formar frases com significados complexos. As habilidades mentais humanas aumentadas são grandes FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 207 responsáveis pelo desenvolvimento da cultura, processo pelo qual o conhecimento e as tradições são passadas de uma geração para outra pelos ensinamentos e pela observação. A cultura pode mudar rapidamente porque mudanças genéticas não são necessárias para que uma característica cultural se espalhe por uma população. A principal desvantagem da cultura é que suas normas devem ser ensinadas para cada geração. Os utensílios e outros implementos associados com os fósseis humanos, assim como as pinturas em cavernas que os homens primitivos faziam, revelam tradições culturais. O aprendizado e os ensinamentos culturais facilitaram muito a difusão de vegetais e animais domesticados e a resultante conversão, da maioria das sociedades humanas, do modo de vida em que o alimento era obtido na caça e na coleta para aquele em que predominam o pastoreio (criação de animais de grande porte) e agricultura. O desenvolvimento da agricultura levou um modo de vida cada vez mais sedentário, ao aumento das cidades, a grande expansão dos fornecimentos de alimentos, a um rápido aumento da população humana e ao surgimento de especializações ocupacionais tais como artesões e curandeiros. A agricultura surgiu no Oriente Médio há aproximadamente 11 mil anos. De lá ela se espalhou rapidamente para o noroeste pela Europa, chegando finalmente às Ilhas Britânicas há cerca de quatro mil anos. Os primeiros vegetais a serem cultivados foram grãos de cereais tais como trigo e cevada, legumes (feijões, lentilhas e ervilhas) e arbustos lenhosos sazonais, como uvas e olivas. Outros, como centeio, repolho, couve, aipo e cenoura, foram cultivados depois. Bovinos, ovelhas, cabras, cavalos, cães e gatos eram os animais domesticados mais importantes. A agricultura desenvolveu-se independentemente no leste da Ásia, contribuindo para nossa dieta atual com alimentos como soja, arroz, fruta cítrica, manga, porco e galinha. Havia uma certa troca, mesmo no início, entre os centros agriculturais do Velho Mundo, mas quando os povos se espalharam pelas regiões frias e áridas por meio do estreito de Bering chegando ao Novo Mundo, eles aparentemente não trouxeram nenhum vegetal cultivável. Esses povos subsequentemente desenvolveram Evolução 208 sistemas agriculturais ricos e variados baseados no milho, tomate, feijão comum, feijão-de-lima, amendoim, batata, pimenta e abóbora. Os maiores animais domesticados pelo homem no Novo Mundo foram as Lhamas e as Alpacas nos Andes da América do Sul – animais sem tamanho suficiente para carregar uma pessoa. Os ameríndios do México e da América Central não possuíam animais domesticados maiores do que os perus. SAIBA MAIS A Serra da Capivara (PI) possui um dos maiores acervos de arte rupestre do mundo. Situada na região da Caatinga, no sudeste do Piauí, os principais sítios arqueológicos estão sob a proteção de um Parque Nacional, cuja área situa-se entre vários municípios do semiárido piauiense. Além do Parque, a região apresenta ainda o Museu do Homem Americano com rico acervo de peças paleontológicas (de alguns animais pré-historicos) e de peças arqueológicas (urnas funerárias, cerâmicas e peças líticas, de uma época estimada entre 5 e 50 mil anos. Fig. 29 – Símile do arranjo de fogueira encontrado no Sítio do Boqueirão da Pedra Furada. Evidência de que o homem viveu na região há mais de 48 mil anos.Foto: F. S. Santos-Filho. Fig. 27 – Da esq. para dir.: peça lítica e fragmento de cerâmica.Foto: F.S.Santos- Filho. Fig. 28 – Urna funerária. Foto: F. S. Santos-Filho. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 209 3.7. A população humana cresceu rapidamente A população experimentou três fases principais de crescimento. A primeira, estimulada pela utilização de ferramentas, durou cerca de um milhão de anos. Estima-se que, no final deste período, a população humana era de aproximadamente cinco milhões. Durante a segunda explosão, que seguiu a domesticação de animais, o cultivo de vegetais e a invenção da agricultura a população humana deve ter aumentado, em oito mil anos, para cerca de 500 milhões de pessoas. Estamos agora no meio do terceiro grande salto da população, disparado no século XVIII pela Revolução Industrial. Nos países industrializados as taxas de mortalidade diminuíram e a expectativa de vida aumentou. Ao final do século XIX, o número de pessoas havia passado de um bilhão. Apesar da devastação de duas Guerras Mundiais e numerosos outros conflitos, o Século XX viu a população humana alcançar seu nível atual de mais de sete bilhões. Estima-se que ela aumentará para mais de 11 bilhões até 2050. Os primeiros saltos da população humana foram seguidos por períodos de relativa estabilidade. Se a atual explosão populacional seguirá o mesmo padrão, a que tamanho poderá chegar, a quais desgraças poderá levar caso não se estabilize e quais serão as consequências para as outras espécies são questões debatidas com muita preocupação e medo. ATIVIDADES 01) Em relação à evolução do homem, pode-se afirmar I – Todos os homens descendem do macaco. II – Alguns homens primitivos, hoje extintos vieram do macaco. III – Homem e macaco provêm de ancestral comum. Assinale a) Somente I é correta. b) Somente II é correta. c) Somente III é correta. d) I e II são corretas. e) I, II e III são corretas. Evolução 210 02) Dos animais citados, do ponto de vista evolutivo, o mais próximo do homem é: a) O tubarão. b) A rã. c) A baleia. d) O jacaré e) O pinguim. 03) A especiação do Homo sapiens tem pouca chance de ocorrer, considerando-se a atual condição da espécie humana. Assinale a afirmação que melhor sustenta esta hipótese. a) A ciência moderna tem eliminado as mutações humanas. b) Os medicamentos atuais diminuem a incidência de doenças. c) Os postulados de Darwin não se aplicam a espécie humana. d) As alterações ambientais que favorecem a especiação são cada vez menores. e) Os meios modernos de locomoção e comunicação têm diminuído ou eliminado os isolamentos geográficos. 04) Sigmund Freud explicou bem o inexorável impacto da evolução sobre a vida e o pensamento, quando escreveu: “No decurso de tempo, a humanidade teve que agüentar, das mãos da ciência, duas grandes ofensas a seu ingênuo amor próprio. A primeira foi quando percebeu que a Terra não era o centro do universo, mas apenas um pontinho num sistema de magnitude dificilmente compreensível... A segunda, quando a pesquisa biológica roubou-lhe o privilégio de ter sido criada especialmente, e relegou o homem a descendente no mundo animal. Proponho que o conhecimento de que formos relegados também seja a nossa maior esperança de continuidade numa Terra frágil”. (GOULD, p. 6-7) As considerações de Freud e Gould sobre a evolução da vida na Terra têm como implicação: FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 211 (01) As concepções sobre a origem e diversidadeda vida na Terra foram pouco conflituosas no século XIX. (02) Os novos conhecimentos incorporados à Teoria da Evolução validam a ideia de ancestralidade comum na história da vida. (04) A individualidade de cada espécie afasta a possibilidade de qualquer relação de parentesco entre elas. (08) As espécies que vivem atualmente na Terra representam linhagens evolutivas favorecidas pelo “sucesso reprodutivo” em seus ambientes. (16) As espécies foram criadas na terra devido à ocorrência de eventos genéticos, independentemente de quaisquer interações com o ambiente. (32) As semelhanças bioquímicas entre o homem e os grandes macacos sugerem a descendência direta do gênero Homo a partir do gênero Gorilla. (64) As peculiaridades da espécie humana têm possibilitado a evolução cultural em ritmo mais acelerado que a evolução biológica. Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas. 05) A evolução das sociedades humanas é influenciada por fatores diversos. As afirmações abaixo apresentam diferentes situações dessa evolução. I. O isolamento inicial da espécie humana levou ao surgimento das etnias até hoje existentes. II. Um defeito de visão numa tribo de caçadores pode ser um desastre, embora numa sociedade moderna seja facilmente solucionado pelo uso de óculos. III. Após a fecundação, o zigoto será inédito. Como metade dos seus cromossomos vem do pai e metade, da mãe, ele é o resultado de uma combinação diferente da de seus pais. IV. O DNA do homem difere do DNA do gorila em 2,3% e do DNA do chimpanzé em 1,6%, o que vale dizer que o chimpanzé é parente mais próximo do homem. V. A capacidade da espécie humana de realizar grandes deslocamentos favoreceu a miscigenação das raças. Pode-se afirmar que os fatores determinantes destas evidências são, respectivamente, de natureza. Evolução 212 a) sociocultural, bioquímica, biológica, sociocultural e geográfica. b) geográfico, bioquímico, sociocultural, sociocultural e biológico. c) sociocultural, biológica, sociocultural, bioquímica e geográfica. d) biológico, sociocultural, bioquímico, geográfico e sociocultural. e) geográfica, sociocultural, biológica, bioquímica e sociocultural. 06)“A reconstituição de um crânio de 11.500 anos, o mais antigo da América, revoluciona as teorias sobre a ocupação do continente”. (Veja, agosto de 1999). O espécimen foi chamado de Luzia, a primeira brasileira. Considere as seguintes proposições (I, II e III) para resolver a questão. I. Os fósseis são a única prova verdadeira da evolução. II. Os fósseis são importantes por demonstrarem a ocorrência do processo de evolução biológica. III. A modificação dos seres vivos por mutações gênicas ocorre de forma casual, espontânea e aleatória, favorecendo os seres que melhor se adaptam ao meio ambiente. a) I, II e III são proposições corretas. b) Apenas a proposição I é correta. c) Apenas a proposição II é correta. d) Apenas a proposição III é correta. e) Apenas as proposições II e III são corretas. 07) O processo evolutivo da espécie humana não é totalmente conhecido pela ciência, porém sabe-se que o Homo sapiens ( ) viveu numa atmosfera primitiva rica em metano, submetida a altas temperaturas e com muitas descargas elétricas. ( ) tem sua origem explicada pela teoria da geração espontânea ou abiogênese. ( ) é um ser eucarionte, heterótrofo, com digestão extracelular e circulação dupla, completa e fechada. ( ) possui capacidade diferente de se adaptar às condições impostas pelo ambiente. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 213 08)A evolução biológica, amplamente aceita pelos cientistas, é a melhor explicação para a enorme variação dos organismos vivos. No entanto, muitas pessoas leigas ainda se sentem confusas em relação à Teoria da Evolução. Assinale a alternativa que melhor responderia, com base na Teoria de Darwin, à seguinte indagação cética: “Se o homem veio do macaco, por que ainda existem macacos hoje?” a) Algumas espécies de macacos sofreram pressões seletivas diferentes, porém certamente convergirão também para a espécie humana. b) O homem não evoluiu dos macacos modernos, mas compartilhou com eles um ancestral comum, uma espécie que não existe mais. c) Os macacos modernos, apesar de pertencerem a espécies diferentes da humana, possuem carga genética muito semelhante. d) Os macacos modernos são produtos de uma evolução inacabada enquanto o homem já atingiu seu ápice. e) Os macacos modernos certamente não chegaram a cruzar com os humanos. 09) A superfamília Hominoideacompreende três famílias: Hylobatidae, Pongidaee Hominidae. Os gibões e siamangues pertencem à família Hylobatidae; os chimpanzés, orangotangos e gorilas pertencem à família Pongidae, enquanto Homo sapiens é a única espécie da família Hominidae. Análises morfológicas e moleculares resultaram na filogenia ao lado. De acordo com essas relações filogenéticas, uma revisão taxonômica em Hominoideadeveria agrupar a) orangotangos, gibões e siamangues na família Hylobatidae. b) orangotangos, gibões e gorilas em um táxon específico. c) homens, chimpanzés e gorilas na mesma família. d) gibões e siamangues na mesma espécie. e) chimpanzés e gorilas apenas, na família Pongidae. Evolução 214 10) Considere o processo evolutivo do ser humano e assinale a alternativa que corresponde à hipótese, hoje mais aceita, sobre a relação entre as mudanças de hábitos alimentares e o tamanho dos dentes no Homo sapiens. a) Os dentes menores foram selecionados de acordo com a mudança alimentar, de herbívoro para carnívoro. b) Não é possível estabelecer nenhuma relação, pois, ao adquirir a postura ereta, mãos e braços ficaram livres para lutar, diminuindo a importância da mandíbula e dos dentes. c) O uso do fogo para cozinhar alimentos, tornando-os mais moles, contribuiu para diminuir o tamanho dos dentes. d) O uso do fogo não foi importante, pois o homem conseguiu moldar as formas dos dentes de acordo com o consumo de alimentos de baixa caloria. e) O uso do fogo foi importante para diminuir o tamanho dos dentes e facilitar as mordidas durante as lutas. 11)Considerando a ilustração e as alternativas abaixo, identifique a que responde adequadamente ao processo de evolução dos Primatas. a) Chimpanzé, gorila, orangotango e o gibão, macacos da família dos Pongídeos, junto com o homem, formam a subordem Antropóides, cujas semelhanças são a visão bem desenvolvida, olhos frontais com visão binocular, polegar em oposição aos demais dedos e grande desenvolvimento cerebral e inteligência. b) O homem e os macacos fazem parte da classe Mammalia, que compreende animais de sangue quente, portadores de pêlos e que mamam quando jovens. Acredita-se que os mamíferos tenham surgido há 200 milhões de anos, na era Paleozóica, a partir de ancestrais dos primatas, os prossímios. c) O possível ancestral do homem e dos antropóides é o Proconsul, que se espalhou pela África, diversificando-se em vários grupos, alguns originaram FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 215 os Pongídeos (gorilas e orangotangos) e outros, o homem e os chimpanzés. d) A ordem dos Primatas compreende duas subordens: os prossímios ou primatas inferiores que surgiram no Jurássico, já extintos, e os antropóides ou primatas superiores que surgiram há 40 milhões de anos e dividem-se em macacos do velho mundo (macaco-aranha) e macaco do novo mundo (babuíno). e) Os Primatas apareceram na era Mesozóica e muitas de suas características refletem adaptações à vida nas árvores que os favoreceu em relação aos animais do solo. 12) Considere o processo evolutivo do ser humano e assinale a alternativa que corresponde à hipótese, hoje mais aceita, sobre a relação entre as mudanças de hábitos alimentares e o tamanho dos dentes no Homo sapiens. a) Os dentes menores foram selecionadosde acordo com a mudança alimentar, de herbívoro para carnívoro. b) Não é possível estabelecer nenhuma relação, pois, ao adquirir a postura ereta, mãos e braços ficaram livres para lutar, diminuindo a importância da mandíbula e dos dentes. c) O uso do fogo para cozinhar alimentos, tornando-os mais moles, contribuiu para diminuir o tamanho dos dentes. d) O uso do fogo não foi importante, pois o homem conseguiu moldar as formas dos dentes de acordo com o consumo de alimentos de baixa caloria. e) O uso do fogo foi importante para diminuir o tamanho dos dentes e facilitar as mordidas durante as lutas. 13) Foi proposto um novo modelo de evolução dos primatas elaborado por matemáticos e biólogos. Nesse modelo o grupo de primatas pode ter tido origem quando os dinossauros ainda habitavam a Terra, e não há 65 milhões de anos, como é comumente aceito. Examinando esta árvore evolutiva Evolução 216 podemos dizer que a divergência entre os macacos do Velho Mundo e o grupo dos grandes macacos e de humanos ocorreu há aproximadamente a) 10 milhões de anos. b) 40 milhões de anos. c) 55 milhões de anos. d) 65 milhões de anos. e) 85 milhões de anos. 14) Analise esta figura, em que está representada uma possível filogenia dos primatas: Considerando-se as informações fornecidas por essa figura e outros conhecimentos sobre o assunto, é INCORRETO afirmar que a) a radiação evolutiva ocorreu por volta dos 60 milhões de anos. b) o bipedismo ocorre no ramo dos humanos. c) os ancestrais desse grupo eram arborícolas. d) os humanos descendem dos gorilas. GABARITO: 01) C; 02) C; 03) E; 04) 02 + 08 + 64 = 74; 05) E; 06) E; 07) FFVV; 08) B; 09) B; 10) C; 11) E; 12) A; 13) B; 14) D. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 217 ATIVIDADE COMPLEMENTAR Vamos fazer um fórum sobre a Evolução Humana? A ideia é discutir sobre o desaparecimento do Homem de Neanderthal (Homo sapiens neanderthalensis). Já existem provas de que eles viveram ao mesmo tempo em que o Homem de Cro-Magnon, o nosso ancestral direto (Homo sapiens sapiens). Existem duas teorias que explicam o desaparecimento deste nosso contemporâneo: ou ele foi eliminado pela competição com o Homem de Cro-Magnon ou ele foi “misturado” (como éramos da mesma espécie, os endocruzamentos fizeram com que se misturassem ao Cro-Magnon formando o homem atual). O que você acha? Pesquise sobre o tema e exponha sua opinião no Fórum presente na plataforma. Não esqueça que seus argumentos precisam estar baseados nos autores que leu. Discuta e vamos aprender mais sobre o assunto. PARA APRENDER MAIS... Alguns textos são mais acessíveis do que os encontrados em livros didáticos. É o caso de Troglodita é você! Pequeno guia darwiniano da vida cotidianalivro de Michel Raymond que traz algumas curiosidades sobre a evolução humana, aplicadas no nosso cotidiano, falando de alimentação, sexualidade etc. Uma boa pedida para entender as normas evolutivas aplicadas no nosso cotidiano. Boa leitura! Evolução 218 PARA FINALIZAR... Faça um resumo de tudo o que aprendeu nesta disciplina. É muito importante que procure sempre fazer um paralelo sobre a ciência Evolução e a crença religiosa. Quanto mais pessoas estudam e escrevem sobre isso, mais rápido será possível desvencilhar esta ciência da encruzilhada religiosa em que se posicionou, em função do baixo entendimento das pessoas sobre os dois assuntos. Desta forma, formando sua própria opinião, será possível estabelecer uma linha que separe melhor os dois polêmicos temas. RESUMO Esta unidade trouxe uma abordagem contextualizada da Evolução trazendo conceitos fundamentais sobre Filogenia. Tratamos ainda da Evolução dos grandes grupos de seres vivos e finalizamos com informações importantes sobre a Evolução Humana. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 219 GLOSSÁRIO APOMORFIA – é a condição mais recente em uma série de transformação, surgida por modificação de uma condição mais antiga. ARQUEOMORFIA - condições apomórficas de caracteres presentes nesse grupo, mas que são sinapomórficas para um nível mais abrangente de generalidade. AUTAPOMORFIA - apomorfias para um único ramo terminal em um cladograma. CARÁTER – são as diferenças entre estruturas homólogas de organismos diferentes.É a diferença entre uma condição recente e uma condição primitiva.O caráter é a modificação surgida em uma determinada estrutura, mas o surgimento da própria estrutura será um caráter em um nível de generalidade mais abrangente. ESPÉCIE – é a soma de todos os indivíduos e de suas relações de parentesco desde suas origens. As espécies também são entidades transtemporais. ESTRUTURA – é qualquer parte do corpo, no sentido de qualquer expressão fenotípica (morfológica, comportamental, fisiológica, etc.). ESTRUTURAS HOMOGENÉTICAS – são estruturas homólogas que permitem as inferências evolutivas entre duas espécies. FILOGENIA – conjunto da história de ancestralidade entre todas as espécies. A filogenia é uma entidade transtemporal. HOMOLOGIA – fenômeno pelo qual órgãos de certos seres apresentam origem embrionária comum, mesmo que não apresentem-se funcionalmente do mesmo modo. PARAFILÉTICOS – são grupos merofiléticos que resultam da exclusão de um ou mais grupos monofiléticos do menor grupo monofilético de que fazem parte. PLESIOMORFIA – é a condição mais antiga, que foi alterada resultando em uma condição mais recente. POLIFILÉTICOS – são grupos merofiléticos que resultam da exclusão de pelo menos um grupo parafilético do menor grupo monofilético de que fazem parte. SEMAFORONTE – é a forma particular de um indivíduo ao longo de determinadas etapas de sua vida. SÉRIE DE TRANSFORMAÇÕES – é a seqüência de modificações que uma determinada estrutura sofreu, tornando-se sucessivamente mais derivada. Evolução 220 BIBLIOGRAFIA AMORIM, D.S. Fundamentos de Sistemática Filogenética. Ribeirão Preto (SP): Holos. 2002. BURNIER, D. Evolução: adaptação e sobrevivência dos seres vivos no planeta. São Paulo: Publifolha. 2008. CAMPBELL, N.A.; REECE, J.P.; URRY, L. A. Biologia. 8ª ed. Porto Alegre: Artmed. 2010. 1464p. DARWIN, C. A origem das espécies e a seleção natural. Trad. Soraya Freitas. Editora Madras, 2011. DINIZ FILHO, J. A. F.Métodos filogenéticos comparativos. Ribeirão Preto: Holos, 2000. EDWARDS, K.J.R. Aevolução da biologiamoderna. São Paulo: EPU/USP. 1980. FREEMAN, S.; HERRONG, J.C.AnáliseEvolutiva.Porto Alegre: Artmed, 2009. FUTUYMA, D. J. Biologia evolutiva. Ribeirão Preto-SP: Sociedade Brasileira de Genética, 1992. JORDAN, B. O espetáculo da Evolução: sexualidade, origem da vida, DNA e clonagem. Rio de Janeiro: Jorge Zahar. 2005. LEWIN, Roger. Evolução humana. São Paulo: Ateneu, 1999. LIMA, C. P. Evolução humana. 2ª ed. São Paulo: Ed. Ática. 1994. MARGULIS, L. O planeta simbiótico: uma nova perspectiva da evolução. Rio de Janeiro: Rocco. 2001. MATIOLI, S. R.Biologia Molecular e Evolução. Ribeirão Preto: Holos, 2001. MEYER, D.; EL-HANI, C.N. Evolução: o sentido da biologia. São Paulo: UNESP. 2005. PALMER, D. Evolução: a história da vida. São Paulo: Larousse do Brasil. 2009. PIANKA, E.R. EvolutionaryEcology. 6th Ed. San Francisco: Addson Wesley Longman. 1999. PURVES, W.K.; SADAVA, D.; ORIANS, G.H.; HELLER, H.C. Vida: a ciência da biologia. 6ª ed. Porto Alegre: Artmed. 2002. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 221 RIDLEY, M. Evolução. 3ª ed. Porto Alegre: Artmed. 2006 SALZANO, F. M. Genômica e Evolução – moléculas, organismos e sociedades. Oficina de Textos, 2012. SENE, F. M. Cada, caso, um caso... Puro acaso: os processos de evolução biológica dos seres vivos. Ribeirão Preto (SP): Sociedade Brasileira de Genética, 2009. 252p. STEARNS, S. C.; HOEKSTRA, R. F. Evolução: uma introdução. Trad. Max Blum. São Paulo:Ateneu, 2003. STRATHERN, P. Darwin e a Evolução em 90 minutos. Rio de Janeiro: Jorge Zahar. 2001. ZIMMER, C. O livro de ouro da Evolução: o triunfo de uma ideia. Rio de Janeiro: Ediouro. 2003. FUESPI/NEAD Especialização em Biodiversidade e Conservação 223 AVALIAÇÃO DO LIVRO Prezado(a) cursista: Visando melhorar a qualidade do material didático, gostaríamos que respondesse aos questionamentos abaixo, com presteza e discerni- mento. Após, entregue a seu tutor esta avaliação. Não é necessário identificar-se. Unidade:__________________ Polo: ________________________ Disciplina:_________________________ Data: ________________ 1. No que se refere a este material, a qualidade gráfica está visual- mente clara e atraente ( ) ÓTIMO ( ) BOM ( ) RAZOÁVEL ( ) RUIM 2. Quanto ao conteúdo, está coerente e contextualizado à sua práti- ca de estudos ( ) ÓTIMO ( ) BOM ( ) RAZOÁVEL ( ) RUIM 3. Quanto às atividades do material, estão relacionadas aos conteú- dos estudados e compreensíveis para possíveis respostas. ( ) ÓTIMO ( ) BOM ( ) RAZOÁVEL ( ) RUIM 4. Coloque abaixo suas sugestões para melhorar a qualidade deste e de outros materiais. _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________ _______________________________________________________