Prévia do material em texto
Evolução Cromossômica Cromossomos Procariontes X Eucariontes Podemos conceituar um cromossomo como uma longa molécula de DNA contendo proteínas associadas, bem como enormes regiões sem nenhuma função aparente. Em organismos Procariontes e em Eucariontes, a estrutura dos cromossomos é organizada de forma bem diferente; em indivíduos Procariontes, os cromossomos são geralmente uma única estrutura formada por um filamento de DNA, sem nenhuma configuração definida como nos organismos Eucariontes. Em procariontes, quase toda a informação contida em sua extensão é composta de DNA codificante, ou seja, sem a existência de longas sequencias repetitivas e não codificáveis como nos indivíduos eucariontes. Algumas bactérias possuem um filamento de DNA acessório conhecido como plasmídeo. Tais estruturas possuem uma vantagem adaptativa muito grande, pois geralmente possuem sequências que conferem resistência a antibióticos ou a substâncias nocivas. Os procariontes podem trocar entre si os plasmídeos, aumentando o sucesso adaptativo de toda uma população de bactérias. Já em organismos Eucariontes, os cromossomos possuem uma aparência bem característica, contendo determinadas regiões e estruturas bem específicas: todo cromossomo é composto por duas cromátides, que são divididas por uma estrutura bem condensada denominada centrômero, de grande importância durante o processo de divisão celular na formação do fuso mitótico. Cada pedaço da cromátide dividida é denominado braço, e a posição do centrômero pode variar de cromossomo para cromossomo. Alguns cromossomos possuem uma constrição secundária, além da constrição primaria que compõe o centrômero. Essa região presente em somente alguns cromossomos é geralmente encontrada próxima a extremidade do braço, e delimita uma região denominada zona satelitária (zona SAT), que é uma estrutura responsável pela reorganização do nucléolo celular após a divisão celular. Como dito anteriormente, os cromossomos podem ser classificados quanto a posição do seu centrômero: Ele é denominado metacêntrico quando, dividindo o comprimento de um braço pelo outro (medida denominada razão de braços) encontra-se um valor entre 1 até 1,7. Ele é considerado submetacêntrico quando a razão de braços esta entre 1,71 até 3, acrocêntrico quando a razão de braços está entre 3,1 até 7, e telocêntrico quando essa razão de braços é maior do que 7. O número de cromossomos presentes em organismos eucariontes pode ser muito variado, Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce podendo variar desde 2n = 2, até 2n =1250. Em algumas populações naturais podemos encontrar até mesmo uma variação intraespecífica em relação ao número de cromossomos. A definição do sexo em algumas espécies se dá pela presença ou não de cromossomos específicos. Em algumas espécies, como nos mamíferos, o sexo feminino é definido como aquele indivíduo que recebe dois cromossomos X, e o sexo masculino quando recebe um cromossomo X e outro cromossomo menor, denominado cromossomo Y. Esse sistema é denominado XY. Em aves, o sexo heterogamético é o sexo feminino, sendo que o sistema cromossômico é denominado ZW, aonde indivíduos ZZ são do sexo masculino e ZW, sexo masculino. Alguns outros sistemas, como o sistema X0, presentes em insetos, o sexo é definido quanto à dosagem de cromossomos sexuais que recebe, sendo considerada fêmea o individuo que recebe dois cromossomos X (XX), e macho aquele que recebe apenas um cromossomo (X0) Alterações cromossômicas Toda vez que uma célula entra em processo de divisão celular, algumas vezes erros referentes à divisão podem ocorrer e a célula originada no processo se diferir da célula ancestral em alguma parte do genoma. O próprio sistema biológico da célula possui características que permitem o reparo e até mesmo a morte celular em casos de má divisão ou anomalias nos cromossomos. Podemos classificar essas alterações cromossômicas de duas maneiras, alterações cromossômicas numéricas e estruturais: Alterações Cromossômicas Numéricas são alterações que ocorrem em relação ao aumento ou diminuição do número de cromossomos de um cariótipo. Elas podem ser divididas em: Aneuploidias: quando ocorre o acréscimo ou deleção de alguns pares de cromossomos. Euploidias: quando ocorre a duplicação de todo um lote de complemento cromossômico. Algumas espécies podem apresentar em seu conjunto cromossômico, cromossomos acessórios denominados cromossomos b. tais estruturas se diferem de outros cromossomos por apresentarem uma forma de dispersão não mendeliana, não se dividindo igualmente como os outros cromossomos durante a meiose, podendo se transferir ou não para as células filhas, sendo que seu número, mesmo dentro de uma mesma população, pode ser bastante variável. São cromossomos pequenos com presença grande de heterocromatina e podem conferir certa vantagem adaptativa para seus possuidores. Alterações Cromossômicas Estruturais: são alterações que ocorrem na estrutura de um cromossomo. Elas podem ser: Translocações: quando ocorrem trocas entre os braços de um cromossomo, podendo ser recíprocas quando pedaços são trocados entre si, ou simples quando Renato Realce Renato Realce Renato Realce um pedaço de um cromossomo se transfere para outro. Há um tipo especial de translocação denominada Robertsoniana, que ocorre quando há a fusão de dois cromossomos acrocêntricos. Inversões: ocorrem quando um cromossomo se rompe e se reorganiza no mesmo lugar de maneira diferente, invertendo a ordem dos genes presentes nesse cromossomo. Elas podem ser pericêntricas quando contém o centrômero na inversão, e paracêntrica quando não o contêm. Deleções: Ocorre quando há deleção de um pedaço ou de todo um braço de um cromossomo de uma espécie, podendo ser perdidos genes de importância estrutural dessa forma. Duplicações: Ocorre quando há a duplicação de uma pequena área ou de um braço inteiro de um cromossomo. Geralmente essas cópias possuem genes que são mais maleáveis em relação a seleção natural, podendo adquirir novas funções. Estudo dos cromossomos Quando estudamos o comportamento e o conjunto cromossômico de uma espécie, podemos organizar todo o complemento cromossômico em um diagrama denominado Cariótipo, onde os cromossomos são organizados de acordo com seu respectivo par, seu tamanho e o seu tipo para facilitar seu estudo e a sua identificação. Esse esquema é definido como um Cariograma quando se trata de uma microfotografia dos cromossomos organizados segundo os fatores citados acima, e Idiograma, onde seriam imagens esquemáticas das estruturas dos cromossomos. Algumas técnicas podem ser empregadas para permitir melhor estudo e visualização de regiões específicas do cromossomo ou de cromossomos inteiros quando montados em um cariótipo. Tais técnicas são denominadas técnicas de bandamento. Tais técnicas funcionam como um corante específico, que irá corar determinada região interessante a ser estudada, mediante a desnaturação e tratamento químico dos cromossomos. Essas técnicas podem ser dividas em: Bandamento G: Os cromossomos são desnaturados e corados com Giemsa, favorecendo o aparecimento de um padrão de bandas claras e escuras Bandamento C: Os cromossomos são tratados com uma solução de hidróxido de Bário e também corados com Giemsa. Dessa maneira são coradas áreas com grandes quantidades de DNA repetitivo. Bandamento NOR: Os cromossomos são tratados com uma solução de nitrato de prata e posteriormente corados comGiemsa. Nesse tratamento, são coradas as regiões 18S e 32S que são responsáveis pela região organizadora de nucléolo. A mais moderna técnica citogenética utilizada é denominada FISH - fluorescence in situ hybridization, no qual são utilizados ácidos nucleicos de fita simples, denominados sondas, que irão se ligar a sequencia complementar a sua Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce denominada sequencia alvo. Com tal técnica, é permitida a visualização de uma ampla gama de fatores de interesse, desde pequenas sequencias, regiões inteiras e até mesmo cromossomos individualmente. Evolução Cariotípica Todas as alterações cromossômicas citadas acima podem ocorrer de maneira ampla em populações naturais, e essas alterações podem explicar grande parte dos mecanismos de isolamento reprodutivo encontrado entre as espécies, pois algumas alterações cromossômicas podem não mais permitir o pareamento dos cromossomos e os híbridos entre essas espécies serem indivíduos inviáveis ou estéreis. Populações pertencentes a uma mesma espécie podem se isolar mediante a mecanismos naturais estocásticos, como alteração de cursos de rios ou o surgimento de cadeias montanhosas, criando barreiras geográficas que impedem o fluxo gênico entre essas populações. Quando essas populações permanecem por um período muito grande separadas, elas podem acumular diferenças significativas em seus cromossomos, e se porventura as espécies voltarem a se encontrar quando as barreiras são rompidas, elas podem não mais se reconhecer como pertencentes a mesma espécie, sendo então, classificadas como entidades independentes. Coevolução Interação entre os seres vivos Nenhum ser vivo é por si só, um organismo isolado em uma ilha, sem manter qualquer tipo de relação com o ambiente e com outros organismos vigentes. Todas as espécies influenciam e sofrem influencia de outras formas de vida e das pressões ambientais criadas pelo meio. Algumas espécies dentro de um bioma possuem uma importância biológica muito grande, sendo denominadas espécies-chave. Uma espécie pode receber tal designação quando ela é o centro de interação de diversas espécies, sendo relacionadas com diversas outras espécies, tanto antagonicamente como reciprocamente. Como exemplo podemos citar a onça-pintada, que mediante a sua posição de predador de topo de cadeia, controla a população de diversas outras espécies que são predadas pela mesma, contribuindo para a manutenção do equilíbrio no ambiente. A araucária também pode ser um excelente modelo de espécie chave pois possui diversos organismos associados, como micorrizas e liquens, bem como espécies que se utilizam de seus frutos para a alimentação. As interações dos organismos vivos podem ser divididas em dois tipos principais: Renato Realce Renato Realce Renato Realce Relações antagônicas: são interações em que apenas um indivíduo se beneficia da associação, prejudicando outro no processo. Ex: - Predação - Parasitismo - Amensalismo Relações harmônicas: são interações em que ambos os indivíduos se beneficiam da associação, ou ela é benéfica para um organismo e indiferente para outro. Ex: - Mutualismo - Comensalismo - Protocoperação O que é coevolução? Podemos definir coevolução como um processo evolutivo recíproco, ocorrendo geralmente quando os processos evolutivos de uma espécie influenciam e provocam pressões seletivas em outra espécie, e o inverso também ocorre. Estudos coevolutivos podem ser consideradas como uma ferramenta útil na preservação e na conservação ambiental, pois mediante a ela, podemos compreender todas as interações e relações próximas entre as espécies, e entender toda a dinâmica populacional ocorrente dentro de um ecossistema. Para verificar se de fato, duas espécies estão em uma relação coevolutiva consolidada, é preciso verificar se ambas possuem uma relação filogenética histórica, em que os ancestrais também estiveram associados em algum momento do passado. Quando analisados ambas as filogenias, elas geralmente formam imagens especulares umas das outras, demonstrando uma associação histórica e filogenética: Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Se as espécies possuírem uma filogenia especular, pode-se concluir que ambas estão em um processo de coevolução. Porém, se tal relação não ocorrer, as espécies podem ainda não estar em um processo consolidado de coevolução, estando simplesmente coadaptadas. As coadaptações podem ocorrer quando duas espécies que não possuíam qualquer relação se encontram no ambiente e passam a estar associadas. Normalmente, as relações coevolutivas se desenvolvem mediante a um processo de coadaptação, que com o passar do tempo, se consolida como uma relação mais intima de coevolução. Relação Parasita X Hospedeiro A relação parasita-hospedeiro pode ser considerada como uma relação antagônica desarmônica, no qual o parasita desenvolve características que permitam ele melhorar sua aptidão como parasita, e o hospedeiro desenvolve melhores características para resistir ao parasitismo. Os processos coevolutivos relacionando parasitas e hospedeiros geralmente se resumem ao nível de virulência que um parasita possui. Em alguns casos o processo evolutivo pode desencadear um aumento acentuado dessa virulência, e em outros casos, favorecer os indivíduos que possuem uma virulência mais moderada. A virulência moderada geralmente é mais benéfica para um parasita do que uma virulência severa. Por virulência podemos entender como a agressividade com que um parasita explora e consome o seu hospedeiro. Portanto uma virulência moderada permite que o hospedeiro permaneça vivo, e consequentemente garante que o parasita também permaneça, pois o mesmo é dependente do organismo parasitado. Já em alguns casos, quando um mesmo hospedeiro é parasitado por mais de um tipo diferente de parasita, a seleção natural pode favorecer uma virulência mais forte, pois pode permitir que o parasita consuma o hospedeiro mais rapidamente do que os outros. Relação Inseto X Planta As relações coevolutivas existentes entre insetos e plantas é uma das mais bem documentadas e estudadas dentro de um amplo universo de interações biológicas. Dentro de tal universo, podemos encontrar tanto relações harmônicas como desarmônicas. Uma relação desarmônica comum que ocorre entre insetos e plantas é a relação entre insetos fitófagos e as plantas que servem de alimento para os mesmos. As plantas predadas por tais insetos fitófagos sofrerão pressão seletiva para desenvolverem mecanismos de defesa contra a predação, desde a produção de substancias tóxicas e venenos, até estruturas morfológicas como espinhos, acúleos e películas protetoras. Que dificultarão a predação por parte desses insetos. Em Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce contraponto, os insetos fitófagos desenvolverão características para metabolizar e resistir aos efeitos nocivos do veneno, ou melhorias no seu aparato bucal para vencer as barreiras desenvolvidas pela planta. Essa interação pode levar a uma corrida armamentista, no qual insetos resistentes e plantas resistentes coevoluirão a uma taxa constante sempre tentando desenvolver características com mais aptidão. Outra relação importante que se desenvolveu desde o período cretáceo é a relação entre insetos polinizadores e plantas polinizadas, favorecendo as característicasdas plantas que permitam atrair um tipo especifico de inseto e lhe fornecer algum atrativo interessante como o odor ou néctar e o inseto é selecionado especificamente para polinizar e se relacionar com uma planta específica. Esse tipo de situação pode ser denominado evolução sequencial, quando uma espécie influencia e cria uma pressão seletiva sobre outra espécie, mais o mesmo não ocorre. No caso a flor muda, e essa mudança gera apenas pressão sobre o polinizador, e o polinizador não gera nenhum impacto na planta. Corrida Armamentista e Hipótese da Rainha Vermelha Podemos definir uma corrida armamentista dentro de um contexto coevolutivo como a capacidade de um predador adquirir características para melhor predar suas presas e as presas desenvolverem também características vantajosas para escapar dos predadores. Dizemos, portanto, que há uma corrida armamentista, pois ambos, presa e predador, coevoluem sempre no sentido de tentar superar seu adversário. Um exemplo clássico ilustrando a corrida armamentista pode ser encontrado no registro fóssil da megafauna do Cenozóico, no qual há um aumento constante no tamanho cerebral dos predadores e logo em seguida também havia um aumento no cérebro do tamanho da presa. O tamanho cerebral está intimamente relacionado com a inteligência desses indivíduos. A corrida armamentista também pode ser definida como evolução em escalada, pois as características são neutralizadas, as inovações evolutivas dos predadores são neutralizadas pelas das presas. O contexto da hipótese da Rainha vermelha foi proposta por Van Valen em 1973, inspirado em uma frase do livro de Lewis Carrol, Alice através do espelho: “Aqui, veja você, é preciso correr tanto quanto se consegue para ficar no mesmo lugar”. Na hipótese da rainha vermelha as espécies sofrem pressão seletiva, tanto presa como predador, para aprimorarem suas características, em uma taxa constante. Devido a isso, a hipótese é denominada Rainha Vermelha, pois as espécies sempre precisam desenvolver características para sobrepujar tanto a presa como o predador, e se manter em uma taxa constante, análoga a ideia de “correr para permanecer no mesmo lugar”. Conservação Biológica Efeito Antrópico Sabe-se que todas as espécies dentro de um ambiente natural causam algum tipo Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce de impacto no meio em que vivem, mas nenhuma o faz de maneira tão intensa quanto o ser humano. Podemos compreender como efeito antrópico, toda influencia e impacto que as ações humanas causam no meio ambiente e em seus ecossistemas. Com o advento da modernidade e a produção em massa de bens de consumo, o impacto das atividades humanas tem se acentuado de maneira brusca e a grande maioria dessas atividades é movida por interesses econômicos das grandes corporações, sendo quase sempre, prejudiciais a biosfera em geral. Dentre as principais atividades humanas de alto impacto podemos destacar: Pesca: quando é realizada de forma descontrolada, pode levar a extinção de espécies e populações naturais de peixes, que são de extrema importância para o frágil equilíbrio energético das cadeias tróficas. Industrialização e Urbanização: A indústria produz resíduos tóxicos que são lançados constantemente no solo, ar e na água. Tais compostos químicos podem se acumular na cadeia trófica e causar problemas sérios aos animais afetados, efeito denominado bioacumulação. A urbanização da mesma forma, impacta o ambiente, pois toma o lugar aonde antes eram áreas naturais e podem prejudicar diversas espécies dependentes dos ecossistemas devastados. Desmatamento: o desmatamento florestal é uma das principais atividades impactantes que o ser humano desempenha, pois áreas de floresta nativa são inteiramente devastadas, dando origem a práticas agropecuárias e exploração ilegal de madeira. O Brasil é o primeiro no rank da emissão de CO2 devido ao desmatamento da floresta amazônica e estima-se que mais de 22 milhões de hectares tenham sido devastados entre os anos 1900 e 200. As espécies se extinguem de maneira natural na natureza, porém devido a todos os fatores antrópicos citados acima, os processos de extinção que normalmente ocorreriam de forma mais lenta, são acelerados de maneira acentuada e brusca principalmente nos anos mais recentes. Essa taxa absurda de extinção se deve principalmente a perda de hábitat dessas populações naturais, a caça, mudanças globais causadas pelo aumento de temperatura com a emissão exagerada de gases que causam o efeito estufa, desequilíbrios ecológicos, etc. Todo esse impacto exagerado que o ser humano gera tem efeitos desastrosos na biodiversidade, pois podem levar a perdas irremediáveis para o patrimônio biológico mundial, extinguindo espécies únicas que nunca mais existirão no planeta. O que é conservação biológica? A conservação biológica pode ser considerada um estudo de caráter amplo, abrigando diversas áreas e disciplinas diferentes. Ela procura promover o uso sustentável dos recursos naturais, bem como realizar a manutenção de toda a biodiversidade existente no mundo. A conservação biológica também pode ser considerada uma ferramenta útil para avaliar como estará o estado de conservação de determinado bioma ao longo dos anos. Possivelmente a conservação biológica não existiria se o impacto humano fosse mínimo ou inexistente. Renato Realce Renato Realce Renato Realce Porque é importante conservar? Existem diversos motivos que podem justificar a importância de se conservar e promover a existência sustentável entre meio ambiente e interesses humanos. Talvez o motivo mais importante a se ressaltar seriam os serviços gerados pelo meio ambiente, denominados serviços ambientais. Os serviços ambientais podem ser definidos como todos os recursos produzidos pelo ambiente para a manutenção das formas de vida em um ecossistema. O ser humano pode se beneficiar diretamente ou indiretamente de muitos desses serviços ambientais, dentre eles: – Produção de matéria prima – Produção de alimentos (agricultura, pesca, caça) – Decomposição de matéria orgânica – Ciclagem de nutrientes – Balanço hídrico – Sequestro de carbono – Controle de erosões – Controle de pragas Mesmo que todas as vantagens que os serviços ambientais desempenham para a sobrevivência do ambiente e da sociedade humana não fossem motivos suficientes para se preservar o ambiente, outro motivo seria o próprio valor intrínseco da biodiversidade. As espécies são únicas, produto de 3,8 bilhões de anos de evolução, são parte da história natural do nosso planeta, portanto elas não possuem valor mensurável. Por isso devem ser preservadas e mantidas sob proteção. Qual o impacto que uma espécie causa no meio ambiente? Como já foi dito em aulas passadas, uma espécie não existe sozinha no ambiente, sem nenhum contato externo. Todos os indivíduos estão ligados em maior ou menor grau, e causam e sofrem impacto de outros indivíduos presentes no ambiente. Algumas vezes as relações biológicas podem ser fáceis de se visualizar, mais nem sempre elas são simples e diretas como na maioria das cadeias tróficas estudadas. Muitas espécies quando saem da sua zona de abrangência comum e são introduzidas ou invadem ecossistemas diferentes, podem causar impacto no novo espaço colonizado. Essas espécies podem ser denominadas espécies invasoras. Podemos definir as espécies invasoras como autóctone, quando são provenientes de regiões circunvizinhas ou de mesma bacia, ou espécies exóticas, quando são provenientes de áreas geográficastotalmente diferentes. Espécies invasoras podem alterar todo o equilíbrio biológico já estabelecido no meio ambiente, e competir por nichos ecológicos já ocupados e levar a extinção de espécies locais. Evolução e Conservação Diversos conceitos aprendidos e estudados em evolução podem possuir uma aplicabilidade muito grande quando são utilizados para a conservação de fauna e flora Renato Realce Renato Realce Renato Realce silvestre. O pool gênico e toda a variabilidade genética presente em uma espécie deve ser levada em consideração quando se realizam planos de manejo e de conservação. Espécies e populações com uma baixa variabilidade genética podem ser mais afetadas mais facilmente por desequilíbrios ambientais e por mudanças nos ecossistemas. Espécies com maior variabilidade genética podem resistir de melhor maneira a pressões seletivas do meio. Processos coevolutivos são de suma importância na compreensão de todas as complexas redes de interação encontradas em ambientes naturais. Tais conceitos são importantes, pois permitem compreender a relação de interdependência entre dois indivíduos, e os problemas relacionados ao equilíbrio ecológico de um ambiente quando somente uma das espécies está presente no meio. Estudos relacionados à extinção também devem ser levados em consideração, pois é importante entender quais são os fatores naturais que podem ocasionar o desaparecimento de populações naturais em um dado ambiente, e promover características favoráveis para a continuidade da mesma. O tamanho populacional e a dinâmica populacional também permitem compreender como as metapopulações se relacionam e o tamanho populacional necessário para que ela possa ter uma continuidade na natureza. Esse conceito se liga diretamente com a variabilidade genética, pois populações grandes sofrem menos efeitos de deriva gênica do que populações pequenas. Diversidade Biológica Podemos definir diversidade biológica como a diversidade da natureza viva, ou seja, a variedade de todos os organismos presentes em um ambiente e todas as suas relações biológicas. A diversidade pode ser divida entre diversidade genética, diversidade de espécies e diversidades de ecossistemas, todas intimamente relacionadas entre si. Existem diversas ferramentas que podem ser utilizadas na conservação de toda a biodiversidade, elas podem ser dividas entre conservação in-situ e ex-situ: Conservação in-situ: quando as espécies conservadas no próprio ambiente natural a qual pertencem. Ex: Áreas de proteção Parques Reservas Corredores ecológicos Conservação ex-situ: quando as espécies são conservadas em ambientes artificialmente criados, fora do seu espaço original. Ex: Zoológicos Aquários Coleções de plantas Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Bancos de germoplasma Algumas espécies podem ser excelentes modelos para a conservação de diversas outras espécies associadas. Tais espécies podem ser divididas em: Espécies bandeira: Espécies geralmente carismáticas que podem ser considerados ícones ou símbolos de defesa ambiental, outras espécies podem se beneficiar da conservação de uma espécie bandeira Espécies Guarda-chuva: São espécies que necessitam de uma área geográfica ampla como território, portanto se seu território é preservado, diversas outras espécies que também necessitam desse território também serão beneficiadas Espécies Chave: são espécies com abundancia relativamente baixa e possuem um amplo impacto e influencia sobre diversas outras espécies associadas. Espécies indicadoras: Indicadoras de saúde ambiental: Espécies que possuem uma sensibilidade a poluentes e podem ajudar compreender os processos químicos que tais compostos desempenham no ambiente. Indicadoras de Biodiversidade: Uma espécie que possui relação com outras, portanto pode-se estimar a presença delas a partir de uma indicadora. Estado de Conservação As espécies podem receber determinados rótulos relacionados com o nível do estado de conservação de cada uma. A IUCN mantém o catalogo mais detalhado do mundo a respeito de tal nível de conservação, variando desde espécies com pouca preocupação, até espécies criticamente ameaçadas e extintas na natureza. Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce Renato Realce