aula-1-origem-da-vida

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29/10/2013
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Origem da vida, teorias da evolução 
e evidências do processo evolutivo. 
Bethânia Alves de Avelar Freitas 
1
-Teoria da geração espontânea (Abiogênese)
- Teoria da biogênese
- Evolução Química
- As primeiras células
-Fontes alternativas de compostos orgânicos 
- Bactérias fotossintetizantes
- Células procariontes
-Divisão dos organismos em grandes grupos
- Teorias que explicam evolução das espécies
- Evidências evolutivas: fósseis, anatomia comparada, órgãos 
vestigiais, embriologia comparada.
- Estudos de filogênese
-Alterações gênicas cruciais na evolução.
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Geração espontânea
Até metade do século XIX muitos cientistas e filósofos acreditavam que algumas
formas de vida poderiam aparecer espontaneamente da matéria morta.
Demonstração: carnes em decomposição geravam vermes.
www.harbra.com.br/Portal-Professor/saladeaula
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Geração espontânea
Críticos da geração 
espontânea:
Francisco Redi 1668
http://commons.wikimedia.org/wiki/
Fi le:Redi_Francesco_
Experimento com garrafas 
lacradas e garrafas abertas
Ar fresco era necessário 
para geração espontânea
Antagonistas
www.harbra.com.br/Portal-Professor/saladeaula 4
Geração espontânea
Críticos da geração 
espontânea:
Francisco Redi 1668
http://commons.wikimedia.org/wiki/
Fi le:Redi_Francesco_
Experimento com garrafas 
cobertas com um rede e 
garrafas abertas
Muitos cientistas ainda acreditavam que 
animáculos simples poderiam ser gerados a 
partir de matérias não vivas
www.harbra.com.br/Portal-Professor/saladeaula
5
O que seriam “animáculos”?
http://www.vanleeuwenhoek.com/
Antoni van Leeuwenhoek fez desenhos sobre animáculos que ele via 
pelo seu modesto microscópio de uma única lente. Provavelmente 
bactérias e protozoários.
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A favor da geração 
espontânea: John 
Needhma1774
http://spontaneous-
generation.wikispaces.com
Aqueceu caldos (galinha ou milho)
Posteriormente colocou em frascos cobertos
Geração espontânea
Fervura
http://biologiaygeologia.org/unidadbio/a_cmc/u4/Unidad%204f/page_05.htm
7
Geração espontânea
Críticos da geração 
espontânea:
Lazaro Spallanzani
1765
http://spontaneous-
generation.wikispaces.com
Needham deixou garrafas 
abertas foram 
contaminadas por 
microorganismos 
Needham respondeu que garrafas fechadas 
mantinham a “força vital” fora do frasco
http://biologiaygeologia.org/unidadbio/a_cmc/u4/Unidad%204f/page_05.htm 8
Teoria da biogênese
Teoria da 
biogênese:
Luis Pasteur1861
Pescoço 
longo
Pasteur forneceu evidências de que os 
microrganismos não podem originar-se de forças 
místicas presentes nos materiais não vivos.
www.harbra.com.br/Portal-Professor/saladeaula
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Geração espontânea
Cientistas acreditam que geração espontânea
tenha ocorrido na Terra primitiva, mas
concordam que isso não acontece sob as
condições ambientais atuais.
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Condições ambientais 
Admiti-se que o processo evolutivo que originou as células começou na terra
a aproximadamente 4 e meio bilhões de anos.
4,5 bilhões de 
anos
3,5 bilhões de 
anos
Dias atuais
Evolução Química
A superfície da terra estaria coberta por grande quantidade de água,
dispostos em grandes oceanos e lagos.
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Condições ambientais 
Caldo Primordial
Massa rica em moléculas inorgânicas. CO2, N2, NH3, CH4
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Condições ambientais 
Calor Radiação ultra violeta Descargas elétricas 
Moléculas dissolvidas no caldo se combinaram 
e formaram primeiros compostos orgânicos.
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• Essa hipótese foi testada por Stanley Miller (1953) .
Condições ambientais 
http://www.icnvcg.com.br/geral
14
Condições ambientais 
Mistura de gases supostamente
existente na terra pré-biótica
(NH3, CH4, H2O e H2).
A fase líquida: Compostos
orgânicos - aminoácidos,
ácidos orgânicos, aldeídos
e ácido cianídrico.
Experimentos já mostraram 
que RNA pode ser formado 
sob estas condições.
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Acúmulo de carbono e formação de 
biomoléculas foi favorecido três circunstâncias
• Enorme extensão da Terra, com grande variedade de nichos
onde moléculas foram mantidas próximas.
• Tempo, bilhões de anos (período em que ocorreu a síntese
pre-biótica no caldo primordial).
• Ausência do oxigênio na atmosfera à Assim moléculas
neoformadas não foram destruídas por oxidação.
16
RNAs podem ter sido os primeiros genes e 
catalizadores
Sopa pré biótica
Produção de moléculas de RNA curtas e com 
sequências aleatórias
Replicação de RNA auto-duplicantes
Síntese de peptídeos específicos, catalisadas por RNA
Peptídeos poderiam começar a participar da 
replicação do RNA e de proteínas 
Sistema de tradução primitiva se desenvolve, com 
genoma de RNA e catalisadores RNA e proteínas
RNA genômico é copiado em DNA
Que função de conservar informação genética 17
• Na competição por nucleotídeos RNA mais eficientes em autorreplicação
ganhariam e os menos eficientes se extinguiriam.
• DNA assume função de conservar informação genética e RNA evoluiu para 
exercer seu papel na síntese protéica. 
RNAs podem ter sido os primeiros genes e 
catalizadores
RNA 
catalizador de sua própria formação,
Aumentando exponencialmente.
Fidelidade da replicação Gerou variantes do RNA
Surgem moléculas DNA 
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Camadas impermeáveis
• Compostos similares a lipídeos presentes na sopa primordial formaram
camadas relativamente impermeáveis ao redor da coleção de moléculas.
• Oparin propôs sua teoria em 1924, mas seu artigo não chegou ao ocidente
até os anos 1930; J. B. S. Haldane, um bioquímico, propôs, de forma
independente, uma teoria semelhante, em 1929.
• A concentração de proteínas e ácidos nucléicos dentro destes envoltórios
lipídicos favoreceu as interações moleculares necessárias para
autorreplicação.
http://dja lmasantos.wordpress.com/2012/02/24/testes-sobre-a-origem-da-vida-33/http://pt.wikipedia.org/wiki/Lipossoma
19
É razoável supor que:
Agregados de RNA, DNA e 
proteínas envoltos por 
bicamada de fosfolipídios
Origem às primeiras células 
simples, procariontes, 
heterotróficas.
20
4,5 bilhões de 
anos
3,5 bilhões de 
anos
Dias atuais
Encontrados na Groelândia formas de
carbono incrustadas em rochas que parecem
ter uma origem biológica datadas de 3,85
bilhões de anos.
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A primeira célula provavelmente usou 
combustíveis inorgânicos
• A células primitivas surgiram na ausência de
Oxigênio.
• Provavelmente obtiveram energia de compostos
inorgânicos tais como sulfeto ferroso e carbonato
ferroso.
• Os compostos orgânicos podem ter surgido de ações
não biológicas sobre componentes atmosféricos
(condições ambientais).
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Fonte alternativa de compostos 
orgânicos
• Fonte alternativa de compostos orgânicos tem sido 
proposta: o espaço extraterrestre.
• Em 2006 uma missão espacial Stardust (poeira 
estelar) trouxe finas partículas de poeira da cauda de 
um cometa; a poeira continha compostos orgânicos.
http://hypescience.com/foto-espacial-poeira-estelar-em-aries/
23
• Os resultados científicos até hoje alcançados
transferem à Terra os mecanismos responsáveis pela
origem e evolução da vida conforme definida e
conhecida.
• A hipótese científica aceita atualmente atrela-se à
abiogênese química terrestre da vida.
Pansgermia
Hipótese: vida foi trazia à Terra do espaço.
Existem pesquisas em busca de vida extraterrestre 
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• Essas primeiras células eram procariontes, heterotróficas e
anaeróbias.
• Organismos quimiotróficos podiam oxidar compostos
passando elétrons para aceptores com SO42-.
• Processo evolutivo interrompido.
A primeira célula provavelmente usou 
combustíveis inorgânicos
25• Evolução na terra dependeu do aparecimento
das primeiras células autotróficas, capazes de
sintetizar moléculas complexas a partir de
substâncias simples com energia solar.
26
Acredita-se que a fotossíntese primitiva utilizava H2S (sulfeto de hidrogênio) ao 
invés de H2O (hoje algumas bactérias, as sulfobactérias, utilizam esse mecanismo) 
para reagir com o CO2.
Primeira forma de Fixação de CO2
CO2 + H2S + energia luminosa açúcar + S2 + H2O
CO2 + H2O + energia luminosa açúcar + O2 + H2O
- Há pouco menos de 3 bilhões de anos surgiram bactérias fotossintéticas capazes 
de usar a água. 
Evolução na Terra Células autotróficas
Doador de 
elétrons
Doador de 
elétrons
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Evolução na Terra Células autotróficas
• Esse novo tipo celular, provavelmente
seria semelhante às algas azuis,
cianofíceas.
• Esse processo ocorreu graças ao
aparecimento de pigmentos, que captam
radiações solares do sol, utilizando sua
energia.
http://www.mundoeducacao.com
.br/biologia/cianoficeas.htm
28
Bactérias fotossintetizantes
• Um oxidante poderoso e tóxico para organismos anaeróbicos.
• Respondendo a pressão evolutiva surgiram alguns organismos
aeróbicos. Transferindo elétrons de moléculas de combustível
ao oxigênio.
• Organismos aeróbicos tiveram vantagem energética na
evolução.
surgimento de bactérias 
fotossintéticas
atmosfera se tornou 
progressivamente rica em 
oxigênio
29
• Gás oxigênioà difundiu
• Raios ultra violetaà átomos de oxigênio
• Formação do ozônio (O3).
• Deste modo formou-se a camada de ozônio que tem
grande capacidade de absorver os raios ultravioletas.
Atmosfera rica em oxigênio
http://sucessoabsoluto.com.br/profiles/blogs/a-verdade-
sobre-os-buracos-na-camada-de-oz-nio
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Passo evolutivo 
• O passo seguinte no processo evolutivo depois
das células procariontes autotróficas foi o
aparecimento das células eucariontes.
Elaborado sistema 
de membranas
Invaginações da
membrana plasmática
31
Junqueiae Carneiro 2005 32
• Separação molecular e funcional aumenta a
eficiência dos processos celulares.
Membranas internas criam 
compartimentos.
http://noticiassobrelaciencia.blogspot.com.br/
Interiorização das 
membranas Separação molecular
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Mudanças principais
Célula eucarionte Célula procarionte
-Desenvolvimento do sistema de membranas .
-Células adquiriram mais DNA, mecanismos para 
dobragem, estabilização e replicação mais elaborados.
-Desenvolvimento do citoesqueleto. 
-Englobamento de bactérias aeróbicas e bactérias 
fotossíntéticas - endossimbiose
34
Englobamento de bactérias -
Endossimbiose 
Mitocôndria e Cloroplastos –Organela 
envolvidas em transformações energéticas. 
Células procariontes 
fotossintéticas
http://noticiassobrelaciencia.blogspot.com.br/
Junqueira e Careniro, 2005
35
Endossimbiose
• Evidências:
- Mitocôndrias e cloroplastos possuem um genoma de DNA
circular, como o das bactérias;
- Essas organelas possuem duas membranas sendo uma
semelhante às membranas bacterianas enquanto a externa
assemelham-se à membrana das células eucariontes
hospedeiras.
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Assim foram formadas células 
eucariontes
http://noticiassobrelaciencia.blogspot.com.br/
37
Marcos da evolução da vida na terra
4.5 Formação da Terra
4.0 Formação dos oceanos e continentes
3.5 Surgimento de bactérias sulfídricas 
fotossintéticas
3.0 Surgimento de cianobactérias
fotossintéticas produtoras de O2
2.5 Surgimento de bactérias aeróbias
1.5 De protistas – primeiros eucariontes
1.0 Surgimento de endossimbiose
0.5 Diversificação de eucariontes multicelulares
Bi
lh
õe
s d
e 
an
os
 a
tr
ás
38
Para estudar os seres vivos é 
importante agrupá-los 
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14
Padrões celulares e os grandes grupos 
de seres vivos
• Sistema mais antigo, criado por Lineu, divide os seres 
vivos em apenas dois reinos.
heterótrofos, que se alimentam
por ingestão, exceto os
parasitas, que se nutrem por
osmose
No reino vegetal estavam incluídos
os organismos fotossintetizantes,
englobando as plantas, bactérias e
fungos.
Inconvenientes
http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/biologia/11_observ_bacterias_vinagre.htm
40
Agrupando seres vivos em cinco reinos
Gástrula
Procariontes
Eucariontes, vida livre ou coloniais
Inclui algas clorofíceas e demais vegetais
Junqueira e Carneiro, 2005 41
Fungi nem animal nem vegetal:
-Não possuem clorofila nem quaisquer outro pigmento fotossintetizante.
-Não formam tecidos verdadeiros.
-Não possuem parede de celulose (características de vegetais), mas sim de 
quitina (características dos animais)
-Não armazenam amido (reserva nutritiva dos vegetais), reservam 
glicogênio (reserva nutritiva dos animais).
Junqueira e Carneiro, 2005
42
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15
Como a partir de células procariontes 
ancestrais teria ocorrido toda a 
evolução dos seres vivos?
43
Evolução
A evolução é o processo de mudança dos
organismos através do tempo, fazendo
que os organismos atuais sejam
diferentes dos iniciais.
44
Teorias que explicam evolução das 
espécies
• Idéia fixista x idéia transformista
• Admite que as espécies se modificam ao longo do tempo, em
resposta a diferentes pressões do meio ambiente.
• Os principais adeptos dessa idéia foram Lamarck (naturalista
francês) e Darwin (naturalista inglês).
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16
Lamarck Darwin
http://hypescience.com
46
Lamarck
• As mudanças ocorridas no meio trazem a
necessidade de adaptação, para isso os
indivíduos sofreriam modificações para
poderem sobreviver às novas condições.
47
Lamarck
• Lei do uso e desuso
• Lei da herança dos caracteres adquiridos
http://hypescience.com
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Lamarck
Mudanças
ambientais
Necessidade
de adaptação
Modificações
nos indivíduos
“O meio provoca mudanças dirigidas nos indivíduos, visando a adaptação.”
A genética mendeliana, redescoberta no início do século XX, veio refutar 
a hereditariedade lamarquiana.
49
Darwin
• Teoria da seleção natura
Os indivíduos de uma população apresentam
variabilidade de características.
Os indivíduos com características vantajosas
tendem a sobreviver e se reproduzir,
transmitindo suas características aos seus
descendentes.
http://hypescience.com/teria-darwin
50
Darwin
Mudanças
ambientais
Variabilidade Seleção de
características
vantajosas
“ O meio seleciona características casuais dos seres vivos, visando 
a adaptação da população”.
51
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Exemplo da Girafa
Lamarck
Alteração ambiental – diminuição da vegetação rasteira
http://www.simbiotica.org/teorias.htm
52
Darwin
Exemplo da Girafa
Alteração ambiental – diminuição da vegetação rasteira
http://www.simbiotica.org/teorias.htm
53
Neodarwinismo
• Associação da teoria darwinista aos conceitos de genética.
• Explica a variabilidade genética (mutações e recombinação
genética).
Mutação
Recombinação
Genética
Variabilidade Adaptação
Seleção
Natural
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Postulados do Neodarwinismo 
• A seleção natural de mutações benéficas é um
importante fator de evolução, mas é
apenas um dos vários factores essenciais.
• Os resultados estudos de comparação
genômica não deixam dúvidas do ancestral
comum de todas as formas de vida celulares
modernos.
55
Evidências evolutivas
• Fósseis
- São restos ou vestígios de seres.
- Uma sucessão de animais e plantas também pode ser vista no registro
fóssil.
- Permite estabelecer ligações entre diferentes grupos de seres vivos, e
sequências no processo evolutivo.
Rochas antigas
fósseis apresentam poucos tipos de
organismos fossilizados, e todoseles têm uma
estrutura simples,
Rochas mais recentes 
contêm uma grande variedade de fósseis,
freqüentemente com um aumento na
complexidade de suas estruturas.
56
Fósseis
Rochas sedimentares são formadas por camadas, uma sobre o topo da
outra; deste modo, a rocha resultante desse processo contém uma serie de
camadas horizontais, ou estratos. Cada camada contem fósseis que são
típicos para o período de tempo durante o qual eles se formaram.
http://www.brasilescola.com/geografia/os-fosseis.htm
57
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Anatomia comparada
• Órgãos homólogos: mesma origem
embrionária, mas podem ter funções
diferentes
Órgãos homólogos
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php 58
Órgãos vestigiais
• Órgãos atrofiados e sem função em determinados
organismos, mas que correspondem a órgãos desenvolvidos e
funcionais em outros organismos
• Ex: apêndice
Estudos indicam que 
auxilia o povoamento 
de bactérias no cólon
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php
59
Embriologia Comparada
• O estudo comparado da embriologia de diversos vertebrados
mostra a grande semelhança de padrão de desenvolvimento
inicial.
embrião se desenvolve
surgem características 
individualizantes 
as semelhanças diminuem
Quando mais diferentes são os organismos, menor é o período embrionário 
comum entre eles.
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http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php 61
Indivíduos se adaptam 
• Irradiação adaptativa
Indivíduos com alto grau de parentesco apresentam aspectos diferentes por 
explorarem ambientes diferentes.
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php
62
• Convergência adaptativa 
Indivíduos se adaptam 
Indivíduos com pouco grau de parentesco apresentam aspectos semelhantes por
explorarem o mesmo ambiente
http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php
63
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Anatomia molecular revela relações 
evolutivas
• A sequência do genoma (40 arquiobactérias e para um número crescente
de organismos eucarióticos).
• Com tais sequências em mãos uma comparação detalhada e quantitativa
entre as espécies pode fornecer visão profunda do processo evolutivo.
• Estruturas e mecanismos moleculares são muito
similares desde organismos mais simples aos mais
complexos.
http://www.dhnet.org.br/direitos/novo
sdireitos/genoma/index.htm
64
Anatomia molecular revela relações 
evolutivas
• A diferença de sequência entre genes homólogos podem ser tomadas
como medida aproximada do grau em que duas espécies divergiram no
curso da evolução.
• Quanto maior o número de sequências diferentes, mais antiga é a
divergência na história evolutiva.
http://www.dhnet.org.br/direitos/novo
sdireitos/genoma/index.htm
65
Estudos de Filogênese
• Evolução molecular das células parece ser a melhor
maneira de explicar as origens das células
atualmente existentes e desvendar características
das células primordiais.
• Que apareceram há cerca de 3,5 bilhões de anos e
são precursoras das células atuais.
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Análise de diversos tipo de moléculas
• Esses estudos podem ser feitos através de diversos 
tipos de moléculas:
- Sequência de aminoácidos nas proteínas,
- Sequência de nucleotídeos no ácidos nucléicos,
- Presença e ausência de enzimas importantes para o 
metabolismo dos organismos.
Pesquisadores observaram que análise da sequência
de nucleotídeos do RNA dos ribossomos é uma boa 
maneira de se estudar filogênese.
67
• Todas as células possuem ribossomos e seu RNA é 
muito constante servindo como relógio molecular.
• Distância evolutiva entre organismos pode ser 
detectada pelas pequenas diferenças no rRNA.
68
Estudos de filogenética
• Pesquisadores concluíram que célula procarionte
ancestral universal se ramificou dando origem aos
domínios Árquea e Bactéria.
Paredes celulares sem 
proteoglicanas, produzem 
gás metano.
Bactérias (também 
denominado eubactérias).
Junqueira e Carneiro, 2005
69
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Árquea, Bactécia e Eucaria se 
divergiram cedo na linha evolutiva
70
ALBERTS et al., 2011
Como genes e genomas evoluem?
Evolução é um retificador Evolução não é um inventor
Não há nenhum mecanismo para fazer longos trechos de 
uma nova sequência nucleotídica.
Nesse sentido nenhum genoma é inteiramente novo.
Efeito acumulativo – Mudança radical
71
Tipos de alterações cruciais na evolução
• Conceito - Gene
Dentro da genética moderna, o gene é uma sequência de 
nucleotídeos do DNA que pode ser transcrita em uma versão 
de RNA
72
ALBERTS et al., 2011
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25
Tipos de alterações cruciais na evolução
• Mutação intragênica
Podem ser alterações em um único nucleotídeo (deletado ou duplicado)
Alteram síntese da proteína
73
ALBERTS et al., 2011
Tipos de alterações cruciais na evolução
• Mutação dentro da sequência regulatória de 
um gene.
Sequências regulatórias são utilizadas para ativar ou desativar genes
74
ALBERTS et al., 2011
Tipos de alterações cruciais na evolução
• Duplicação gênica 
Nas células filhas genes duplicados podem sofrer mutações e assumir 
funções distintas.
75
ALBERTS et al., 2011
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Tipos de alterações cruciais na evolução
• Embaralhamento de éxons - forma genes 
híbridos
76
ALBERTS et al., 2011
Tipos de alterações cruciais na evolução
• Transferência horizontal de genes – raro em 
eucariontes
77
ALBERTS et al., 2011
Transferência horizontal
Pilo sexual
78
ALBERTS et al., 2011
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Organismos que se reproduzem sexualmente, apenas
modificações na linhagem germinativa são passadas
para a progênie
Não são transmitidas alterações de células somáticas
79
http://www.infoescola.com/citologia/meiose/
Mutações em bactérias
• Alta taxa de mutação 
• Se dividem a cada 20-25 minutos
• Mutações podem conferir vantagens seletivas
80
http://osdesastres.blogspot.com.br/2011/06/surto-da-bacteria-
ecol i-nao-deve-chegar.html
Análise de mutações em laboratório
81ALBERTS et al., 2011
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Duplicações de genomas inteiros têm moldado a 
história evolutiva de muitas espécies
• Espécies de rãs Xenopus, compreende conjunto de espécies semelhantes,
relacionadas umas com as outras por duplicações ou triplicações do
genoma.
Rodada de 
duplicação do DNA 
da linhagem 
germinativa
Divisão celular
Duplicação acidental será transmitida às células germinativas e células filhas
82
Duplicações de genomas inteiros têm moldado a 
história evolutiva de muitas espécies
83
ALBERTS et al., 2011
Mutações geraram diferentes 
organismos
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ALBERTS et al., 2011
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Referências
• KOONIN E.V. Towards a postmodern synthesis of evolutionary biology. Cell Cycle. 2009, 15;8(6):799-
800. 
• BURKHARDT RW J.R. Lamarck, evolution, and the inheritance of acquired characters. Genetics. 
2013,194(4):793-805. 
• DAMINELI, A., DAMINELI, D.S.C. Origens da vida. Estud. av., São Paulo, v. 21, n. 59, 2007.
• TORTORA, G.J., FUNKE, B.R., CASE, C.L. Microbiologia. 8ª ed. Porto Alegre, Artemed, 2005.
• JUNQUEIRA L.C., CARNEIRO J. Biologia Celular e Molecular. 8ª ed. Rio de Janeiro, Guanabara 
Koogan, 2005.
• NELSON D.L., COX, M.M. Principios de bioquímica de Lehninger. 5ª ed, Porto Alegre, Artemed, 2011.
• ALBERTS, B. (et al). Fundamentos de Biologia Celular. 3ª ed. Porto Alegre Artmed, 2011.
85