3600 Evolucao e sistematica

Prévia do material em texto

*
*
Evolução e sistemática
dos Microrganismos
Prof. Admir Giachini
*
Período medieval
Teoria da geração espontânea
Século XVII: Buffon e Needham x Spallanzani
*
Origem da vida na terra - biogênese
O que parece o auge do absurdo numa geração, muitas vezes torna-se o auge da sensatez na seguinte.
Adlai Stevenson
*
Biogênese: Omne vivum ex vivo (Pasteur, 1864)
*
Origem da vida na terra - biogênese
*
Progresso histórico - Comte (1798-1857)
Estágio 1: período teológico e mitológico – realidade descrita como resultado de forças sobrenaturais (politeísmo, monoteísmo, animismo)
Estágio 2: idade da metafísica – seres sobrenaturais (deuses) são substituídos por termos abstratos, poderes ou entidades
Estágio 3: idade científica ou do positivismo – unificação da teoria e prática que é fruto do pensamento racional e da observação nos permitindo reconhecer relações e similaridades
*
Origem da vida na terra - biogênese
*
Estágio 3
Oparin: Bakh Institute of Biochemistry in Moscow
Hipóteses de Oparin
*
Origem da vida na terra - biogênese
http://www.valencia.edu/~orilife/textos/The%20Origin%20of%20Life.pdf
Alexander Oparin
*
Surgimento da vida na terra
Atmosfera primitiva – redutora ou oxidativa?
Redutora: a terra coalescendo devagar, gerando pouco calor, o Fe exposto na superfície capturaria todo o oxigênio molecular. Assim, a atmosfera primitiva seria basicamente constituída de H2O, H2, N, NH3, CH4 com pouco CO ou CO2 (Oparin, 1924 – Oparin e Haldane)
Ligeiramente oxidativa: a terra coalescendo rápido, gerando muito calor, a maioria do Fe derreteria e escorreria para o centro da terra, permitindo com que o O2 combinasse com CO2. Assim, a atmosfera primitiva seria constituída basicamente de H2O, CO e CO2, com traços de N, SO32-, NH3, CH4 e pouco O2
*
*
Origem da vida na terra - biogênese
A ± 4,5 bilhões de anos a terra era um lugar inospitável
*
http://en.wikipedia.org
*
Cerca de 1 bilhão de anos mais tarde apareceram os primeiros organismos capazes de metabolizar (capacidade de acumular e modificar nutrientes e energia) e de reproduzir-se (capacidade de gerar indivíduos como eles)
provavelmente anaeróbios termofílicos (como geravam energia?)
			
	 Como eles chegaram aqui?
*
Origem da vida na terra - biogênese
*
Teoria criacionista
Antes do século XVII a maioria das pessoas acreditava que Deus criou o homem e que outras criaturas menores fossem criadas via geração espontânea a partir da MO em decomposição
*
http://quiprona.wordpress.com/2011/01/29/o-ensino-da-teoria-da-evolucao-e-a-ficha-que-ainda-nao-caiu/
Teorias sobre a biogênese
*
Teorias sobre a biogênese
A sopa primordial: propõe que os primeiros organismos eram organotróficos termofílicos anaeróbios (como a maioria dos fermentadores) que obtinham tanto energia quanto o carbono de compostos orgânicos
Reações químicas formaram ácidos graxos, açúcares, aminoácidos, purinas, pirimidinas, nucleotídeos, e polímeros (± 4,1 Ba) quando a atmosfera foi exposta a descargas elétricas e radiação UV
Acúmulo de compostos gerou os primeiros “nichos” de vida na terra
Agregação espontânea de lipídios e proteínas (3,9 Ba) propiciou a formação de membranas primitivas e internamente incorporada a combinação certa de componentes químicos orgânicos e inorgânicos – mas não na forma de coacervados como se pensava anteriormente (Oparin 1936)
*
*
Miller-Urey (University of Chicago) nos anos 50, recriaram, num balão, como teria sido a formação das reações químicas responsáveis pela criação da vida – água, CH4, NH3, H2, descargas elétricas, produzindo moléculas como formaldeído (CH2O ou HCHO) e cianeto de hidrogênio (HCN), precursores da glicina
*
http://www.goldiesroom.org/Note%20Packets/21%20Evolution/00%20Evolution--WHOLE.htm
Teorias sobre a biogênese
*
Teoria do mundo de RNA
Walter Gilbert, da Harvard University, em 1986, sugeriu que tudo se originou a partir de um precursor de RNA – o mundo do RNA, onde essa molécula catalisou todas as reações necessárias para que o último ancestral comum sobrevivesse e se replicasse 
Gilbert, W. (1986). "Origin of life: The RNA world". Nature 319 (6055): 618.
Teorias sobre a biogênese
*
Teoria do mundo de RNA
No entanto, quem tenta explicar essa teoria encontra um paradoxo
Qual é esse paradoxo?
*
Teorias sobre a biogênese
*
Teoria do mundo de RNA
No entanto, quem tenta explicar essa teoria encontra um paradoxo
Ácidos nucléicos somente são sintetizados com o auxílio de proteínas
Proteínas somente são sintetizadas se a sequência de nucleotídeos correspondente estiver presente
*
Teorias sobre a biogênese
*
Teoria do RNA piranosílico (6 carbonos): 
Eschenmoser (1996) e outros sugerem molécula chamada de RNA piranosílico como precursora da vida no planeta
*
http://cas.bellarmine.edu/tietjen/Ecology/chemical_etiology_of_nucleic_aci.htm
Teorias sobre a biogênese
*
Teoria da origem dos constituintes do espaço (panspermia) ou de fendas marinhas (vulcões)
Teoria antiga (Arrhenius 1859-1927) mas, mesmo em tempos relativamente recentes ela ressurge
Francis Crick & Leslie Orgel (1985): artigo sobre vinda de formas vivas em veículo espacial para a terra
*
http://tallbloke.files.wordpress.com/2011/02/amersham.jpg
Io9.com
Teorias sobre a biogênese
*
Teoria da origem dos constituintes do espaço (panspermia) ou de fendas marinhas (vulcões)
Vulcões como fonte dos elementos iniciais para síntese de biomoléculas 
Vulcões como fonte de energia na forma de calor e de descargas elétricas
A atividade de vulcões 4 bilhões de anos atrás era muito mais intensa do que hoje
Muitos minerais catalíticos ativos estão presentes ao redor e em vulcões 
*
Teorias sobre a biogênese
ign.com
bbc.co.uk
*
Teorias de superfície: propõe que os primeiros organismos eram litotróficos termofílicos anaeróbios que obtinham tanto energia quanto o carbono de compostos inorgânicos
Pirita (Wächtershäuser, 1988): Fe-S (teoria quimioautotrófica)
*
http://en.wikipedia.org
Rauchfuss, 2008
Teorias sobre a biogênese
*
Teorias de superfície: propõe que os primeiros organismos eram litotróficos termofílicos anaeróbios que obtinham tanto energia quanto o carbono de compostos orgânicos
Partículas de argila: 
Graham Cairns-Smith (University of Glasgow) propôs, na década de 70, que a origem teria sido inorgânica, na configuração de cátions em partículas de montmorilonita como o repositor da informação genética
Seven clues to the origin of life (1995)
*
http://environment.uwe.ac.uk/geocal/SoilMech/classification/soilclas.htm
Teorias sobre a biogênese
*
Como definir VIDA
Pelo menos 100 atributos para definir o que é vivo (Clark, 2002)
Algumas características comuns a todas as formas de vida
Capacidade de auto replicação (reprodução)
Presença de eventos de mutação: variabilidade
Capacidade metabolizante
“Life is a system which is self-sustaining by utilizing external energy/nutrients owing to its internal process of component production and coupled to the medium via adaptive changes which persist during the time history of the system” (Luisi, 1998)
*
Teorias sobre a biogênese
Clark B (2002) Second Astrobiology Conference, NASA-Ames Research Center http://www.astrobiology.com/asc2002/abstract.html
Luisi PL (1998) About various definitions of life. Origins Life Evol Biosphere 28:613-622 http://www.astro.iag.usp.br/~amancio/aga0316_artigos/Luisi98.pdf
*
O processo evolutivo
Diversidade de formas vivas e os sistemas de classificação
*
*
Archaea
Fósseis do período Precambriano (3,8 Ba) têm sido detectados na Groelândia, sendo os mais antigos fósseis conhecidos
*
Evolução e os fósseis
eras
*
Archaea
Como definir se o fóssil pertence a uma bactéria ou a uma Archaea?
*
Evolução e os fósseis
*
Archaea
Como definir se o fóssil pertence a uma bactéria ou a uma Archaea?Presença de estruturas como isoprenos/isoterpenos (CH2=C(CH3)CH=CH2) das membranas
*
Evolução e os fósseis
*
Evolução e os fósseis
Bacteria: fósseis do período Precambriano (3,5 Ba) - cianobactérias em estromatótilos (aglomerações de cianobactérias com deposições de carbonatos)
*
*
Evolução e os fósseis
Bacteria: fósseis do período Precambriano (3,5 Ba) - cianobactérias em estromatótilos (aglomerações de cianobactérias com deposições de carbonatos)
*
*
Eukarya
Fósseis de Eukarya conhecidos do Proterozóico (2,5 Ba – 543 Ma): algas (?)
Fósseis de animais somente do período Vendiano (650 – 543 Ma) e Cambriano (542 – 488,3 Ma): trilobitas e braquiopodes
Como detectar se são fósseis de eucariotos?
*
Evolução e os fósseis
*
Eukarya
Presença de esteranos (produtos de esteróis das membranas) – precursor dos esteróis
*
Evolução e os fósseis
*
A partir de um ancestral comum foram criados inúmeras formas de vida
Variabilidade genética aumentou
Necessidade de classificar (sistemática) e dar nome aos indivíduos (taxonomia)
Os sistemas de classificação
Variação ampla
Reclassificações constantes
Controvérsias
Indefinições que ainda persistem
*
Classificação e nomenclatura
whfreeman.com
*
Os sistemas de classificação
2 reinos – Aristótoles (384 – 322 AC): animais e plantas
3 reinos (2 proposições)
	– Linnaeus (1707 – 1778): 
				
			Regnum Animale
			Regnum Vegetabile 
			Regnum Lapideum (minerais)
	– Haeckel (1866)
					
				Reino Protista (unicelular)
				Reino Plantae (multicelular)
				Reino Animalia (multicelular)
*
vida
vida
Classificação e nomenclatura
http://en.wikipedia.org
*
Os sistemas de classificação
4 reinos – Copeland (1938)
		
		Reino Monera (procariotos, p. ex. bactérias e algas verde-azuladas)
		Reino Protista (eucariotos unicelulares, p. ex. leveduras)
		Reino Plantae
		Reino Animalia
A partir de 1960 a criação dos “Impérios” ou “Domínios” acima de Reino, proposta por Chatton
					
*
Classificação e nomenclatura
*
Os sistemas de classificação
5 reinos – Whittaker (1969)
Veja a adoção do sistema de impérios
		
			
	
				Reino Monera (unicelulares mais simples)
				Reino Protista (unicelulares mais simples)
				Reino Plantae (autotrofos multicelulares)
				Reino Fungi (saprotrofos multicelulares)
				Reino Animalia (heterotrofos multicelulares)
					
*
Classificação e nomenclatura
http://en.wikipedia.org
*
Os sistemas de classificação
6 reinos – Woese (1990)
Impérios transformam-se em DOMÍNIOS
		
		
				Reino Bacteria
				Reino Archaea
				Reino Protista
				Reino Plantae
				Reino Fungi
				Reino Animalia
					
*
Classificação e nomenclatura
*
*
Classificação e nomenclatura
LUCA/LUA
*
*
*
Os sistemas de classificação
Sociedade Internacional de Protistologistas (2005)
Sistema de domínios
		
			 Bacteria
			 Archaea
			 Excavata – vários protozoários flagelados
			 Amoebozoa – amebóides e “fungos limosos”
			 Opisthokonta – animais, fungos, choanoflagelados, etc.
			 Rhizaria – Foraminifera, Radiolaria, protozoários amebóides
			 Chromalveolata – Stramenopilos (Heterokonta), Alveolata, etc. 
			 Archaeplastida (ou Primoplantae) – plantas terrestres, algas, etc.	
*
Classificação e nomenclatura
*
Os sistemas de classificação
6 reinos – Cavalier-Smith (1998)
Nesse sistema adota-se o sistema de Impérios
		
				
				Reino Bacteria – Archaeabacteria como sub-reino
				Reino Protozoa – ex. Amoebozoa, etc.
				Reino Chromista – ex. Alveolata, Heterokonta
				Reino Plantae – ex. algas, plantas terrestres
				Reino Fungi
				Reino Animalia
					
*
vida
Império Eucariota
Império Procariota
Classificação e nomenclatura
http://en.wikipedia.org
*
*
Chlorobacteria
Hadobacteria
Cyanobacteria
Gracilicutes
Eurybacteria
Endobacteria
Actinobacteria
Archaea
Eukarya
Neomura
LUCA/LUA
Last (Common) Universal Ancestor
Dominios Archaea e Eukarya originados de Bacteria – Cavalier-Smith
Parede com peptideoglicano
Parede com outras glicoproteinas
Classificação e nomenclatura
*
*
Neomura
Inclui todas as espécies multicelulares e todos os extremófilos
Os neomuranos tem histonas que ajudam a estabilizar seu DNA
					
Classificação e nomenclatura
Eucariotos
Archaea
*
*
Neomura
A grande maioria tem introns
Todos usam metionia (MET) como aminoácido iniciador 
	da síntese protéica (Bacteria usa formilmetionina)
Usam vários tipos de RNA polimerase (Bacteria usa 
	somente um tipo)
Tem colesterol e proteasomas (proteínas complexas de 
	alto PM) encontradas apenas em poucas bactérias 
	(Actinobacteria – grupo mais evoluído de todos nas 
	bactérias)
Mitocôndrias presentes em Eukarya é outra evidência = 
	surgiram por endossimbiose em α-Proteobacteria 
					
Classificação e nomenclatura
degradam proteínas
não funcionais
*
Buffon frances e Needham ingles: os dois nao tiveram os cuidados de assepsia com crescimento microbiano dando suporte a teoria da geração espontânea
Imagem acima: Hommunculus
*
Omne vivum ex vivo: all life comes from life (latim)
*
Comte é francês
Politeísmo = varios deuses
Animismo = plantas, animais, etc. tem alma por força da natureza
*
Oparin = químico Russo
*
SO32-: sulfites
*
*
*
*
*
Urey foi o orientador (ganhou premio Nobel)
*
*
*
*
*
Francis Crick e Leslie Orgen publicaram um artigo em 1973 reintroduzindo o conceito da panspermia
Arrhenius foi um dos principais defensores da panspermia (a cada 10 C dobra a velocidade de uma reação)
Seeds of life transported across the universe by means of radiation pressure
Interplanetary panspermia: the transport of life forms within the solar system
Interstellar panspermia: the transport from one star to another
*
Volcanic exhalations provide a great deal of the following starting materials
for the synthesis of biomolecules: H2O, CO2, CO, CH4, NH3 and sulphur
compounds.
Volcanoes set energy free in the form of heat and electrical discharges (lightning).
It is clear that the volcanic activity four billion years ago was greater than it is
today.
Many catalytically active minerals are present in and around volcanoes
*
Wächtershäuser: advogado
Pyrite (FeS2): crystals, with quartz (Rauchfuss 2008)
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
Haeckel m- german
*
Copeland – American
Chatton - french
*
Whittaker - american
*
*
*
*
*
is a Professor of Evolutionary Biology in the Department of Zoology, at the University of Oxford
*
*
*