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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO GRANDE DO SUL UNIDADE UNIVERSITÁRIA EM PORTO ALEGRE – CAMPUS CENTRAL ENGENHARIA DE BIOPROCESSOS E BIOTECNOLOGIA JOYCE HELENA DA SILVEIRA CLASSE ANTHOZOA PORTO ALEGRE 2017 JOYCE HELENA DA SILVEIRA CLASSE ANTHOZOA Trabalho de pesquisa apresentado como requisito parcial para aprovação na disciplina de Biologia Geral do curso de Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia na Universidade Estadual do Rio Grande do Sul. Professor: Daniel Sander Hoffmann. PORTO ALEGRE 2017 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ...................................................................................................................................... 3 FILO CNIDARIA .................................................................................................................................... 5 Considerações Gerais sobre o Filo ............................................................................................... 5 CLASSE ANTHOZOA .......................................................................................................................... 7 Aspectos Gerais ............................................................................................................................... 7 ANÊMONA DO MAR ....................................................................................................................... 7 Morfologia e Fisiologia ................................................................................................................. 8 Interações Ecológicas .................................................................................................................. 9 CORAIS PÉTREOS ....................................................................................................................... 11 Morfologia e Fisiologia ............................................................................................................... 12 Interações Ecológicas ................................................................................................................ 14 OCTOCORAIS ................................................................................................................................ 16 Morfologia e Fisiologia ............................................................................................................... 17 Interações Ecológicas ................................................................................................................ 18 CONCLUSÃO ..................................................................................................................................... 20 REFERÊNCIAS .................................................................................................................................. 21 3 INTRODUÇÃO Cada organismo desempenha um papel importante dentro da organização biológica, para a manutenção do equilíbrio da vida. Segundo Araújo e Bossolan (2006, p.1): Num determinado momento da história evolutiva, o homem começou a utilizar animais e plantas para sua alimentação, cura de doenças, fabricação de armas, objetos agrícolas e abrigo. A necessidade de transmitir as experiências adquiridas para os descendentes forçou-o a denominar plantas e animais. A classificação dos organismos começou nos tempos de Aristóteles, que agrupou os animais e plantas com características similares. Desde então a ciência de catalogar e sistematizar os organismos passou por diversos avanços proporcionados pelo descobrimento e exploração de novos territórios, necessitando assim que estes métodos fossem atualizados. Os esforços de um grande grupo de cientistas foram extremamente importantes para a construção do que chamamos hoje de Taxonomia. Entretanto, podemos destacar o nome de Carolus Linnaeus (1707-1778), por sua contribuição com a criação do sistema binomial de nomenclatura. A taxonomia proposta por Lineu começou a ser desenvolvida em 1735, quando foi lançado pela primeira vez seu livro Systema Naturae (“Sistema da Natureza”), que teve outras doze edições. Nessa obra, Lineu estabeleceu sua organização dos seres nos reinos animal, vegetal e mineral. Agrupar os organismos de forma simples e organizada possibilitou entender e estudar a diversidade existente, também trouxe à tona a questão do quão pouco se sabe do mundo vivo e permite acompanhar as constantes mudanças e descobertas na área. A classificação mais recente e aceita propõe cinco reinos: Monera, Protista, Fungi, Plantae e Animalia, e foi elaborada por Robert Harding Whittaker em 1969. Neste contexto de classificação sugerido por Lineu e aperfeiçoado por Whittaker, de maneira hierárquica, encontramos o objeto de pesquisa deste trabalho, a Classe Anthozoa, que está inserida no Filo Coelenterata, dentro do Reino Animal. O termo mais adequado para designar este filo é Cnidaria, o filo composto de animais exclusivamente aquáticos, onde se encontram os antozoários, que 4 abrangem as anêmonas do mar e os corais formadores de recifes. Segundo Araújo e Bossolan (2006, p. 34): O termo “Coelenterata” (celenterados), comumente utilizado como sinônimo de Cnidaria é atualmente empregado para abranger dois filos distintos de animais: o Filo Cnidaria e o Filo Ctenophora. Assim, o termo celenterado passa a não ter mais valor taxonômico de filo, sendo apenas utilizado como um coletivo do grupo. Ao longo deste trabalho encontram-se descrições gerais sobre morfologia, fisiologia, reprodução, interações ecológicas e outros aspectos relevantes sobre a classe Anthozoa, tomando como base a pesquisa em livros de zoologia, apostilas de taxonomia e diversos sites e documentos eletrônicos encontrados na internet. Objetivando o aprofundamento sobre o tema e reflexões acerca da importância destes animais dentro dos ecossistemas marinhos. 5 FILO CNIDARIA Considerações Gerais sobre o Filo Nos cnidários nota-se o início de uma organização tecidual. Existe uma boca, circundada por tentáculos, e uma cavidade digestiva, chamada cavidade gastrovascular. O antigo nome celenterados provém de cele, que significa cavidade e entero que quer dizer intestino. Já a denominação Cnidaria provém de estruturas (células) de defesa características do filo, chamadas cnidócitos. A presença de boca e cavidade digestiva tem importante significado evolutivo. Os alimentos podem ser ingeridos em maiores proporções e digeridos na cavidade antes de penetrarem nas células. Figura 1 – Resumo com características do Filo Cnidaria. Fonte: “Princípios Integrados de Zoologia”. 11ª Ed, 2004. 6 Os membros deste filo podem apresentar-se em duas formas estruturais distintas: medusa, a qual é de vida livre e pólipo, que vive fixo em substratos (rochas, conchas, etc). O pólipo pode, em certas circunstâncias, se deslocar através de movimentos tipo “mede-palmos” e por cambalhotas (por exemplo, as hidras). A célula característica do filo é chamada cnidócito. Esta tem a função de defesa e captura de alimento. Localiza-se por toda a epiderme, mas é particularmente abundante nos tentáculos. Os cnidócitos são células ovóides que contêm no seu interior uma cápsula com um tubo enrolado chamada nematocisto. Quando ocorre algum tipo de estímulo mecânico ou químico, os cnidócitos descarregam os nematocistos que podem prender, paralisar ou inocular substâncias tóxicas na presa. Existem vários tipos de nematocistos, entre eles os penetrantes, os volventes e glutinantes. Figura 2 – Formas estruturais presentes nos cnidários. Fonte: “Biologia Atual”, vol. 2: Seres Vivos, Fisiologia. 1997. Sobre o sistema nervoso pode-se dizer que é um exemplo de sistema difuso, não possuem uma concentração de células que possa sugerirum sistema nervoso central, os neurônios são arranjados como uma rede nervosa na base da epiderme e gastroderme. A transmissão de impulsos tende a ser irradiante. 7 CLASSE ANTHOZOA Aspectos Gerais Os antozoários são a maior classe dos Cnidaria, contendo mais de 6.000 espécies e distinguem-se do restante do filo por terem uma vida inteiramente séssil, sem estado livre de medusa. Anêmonas e corais são os representantes mais conhecidos dessa classe. Esta classe tem três subclasses: Zoantharia (ou Hexacorallia), Ceriantipatharia e Alcyonaria (ou Octocorallia). Segundo Ruppert e Barnes (1996, p. 134) “Uma maneira de simplificar o estudo desta classe é concentrar-se separadamente em anêmonas do mar, corais pétreos e corais octocoralinos”. Adotando esta lógica proposta pelos autores do livro “Zoologia dos Invertebrados”, seguem descritas as características destes três tipos de organismos: ANÊMONA DO MAR Pertencem a subclasse Zoantharia e ordem Actiniaria. Receberam este nome em função da flor terrestre de nome Anemone. São pólipos solitários que medem em torno de 1,5 a 10 cm de comprimento e 1 a 5 cm de diâmetro. Figuras 3 e 4 – Anemone (flor terrestre) e Anêmona do mar. Fontes: Flower Info e National Geographic. 3 4 8 São muito coloridas e podem ser encontradas no mundo inteiro nas áreas costeiras, principalmente em águas mais quentes. Conforme Hickman (2004, p. 251): Elas se prendem por meio de seus discos pedais às conchas, pedras, madeira ou quaisquer substratos submersos que possam encontrar. Algumas escavam no lodo ou areia. Morfologia e Fisiologia Os tentáculos estão organizados em um ou mais círculos ao redor do disco oral, este por sua vez dá acesso a faringe, por onde passam os alimentos, oxigênio, e correntes de água que mantém a pressão do fluido interno e promovem a remoção dos restos. A faringe leva até a cavidade gastrovascular, que é dividida em câmaras que promovem a circulação da água, e no filamento septal ocorre a digestão através de nematocistos e células glandulares. Figura 5 – Estrutura de uma anêmona do mar. Fonte: “Princípios Integrados de Zoologia”. 11ª Ed, 2004. 9 As anêmonas do mar são carnívoras, alimentando-se de invertebrados e peixes. A presa é capturada pelos tentáculos e levada até a boca, ao passar pela faringe já está em processo de digestão e chegando à cavidade gastrovascular é envolvida pelos filamentos septais, que promovem a digestão intracelular e a absorção. Os músculos são bem desenvolvidos, proporcionando expansão e estiramento de seus tentáculos, e algumas espécies podem deslizar lentamente através de seus discos pedais, apesar de a maioria ser conhecida como séssil. De acordo com Hickman (2004, p. 253): Quando perturbadas, as anêmonas do mar contraem-se e recolhem seus tentáculos e discos orais. Algumas anêmonas podem nadar por uma extensão limitada através de movimentos de torção rítmicos que podem ser um mecanismo para fuga de inimigos como estrelas do mar e nudibrânquios. O sistema nervoso segue o padrão dos cnidários em geral, e não há nenhum órgão sensorial especializado. Algumas delas podem apresentar comportamento agressivo em relação a espécies diferentes ou a seus clones, este comportamento proporciona certa separação espacial, algo semelhante a uma delimitação territorial. Tratando-se de reprodução, os pólipos podem se reproduzir tanto sexuadamente quanto assexuadamente. A reprodução assexuada se trata do método de laceração podal, onde partes do disco podal são deixadas para trás conforme a anêmona se move. Estas partes se regeneram formando novas anêmonas. De maneira sexuada, por serem hermafroditas, ocorre a produção de um único tipo de gameta e a fecundação interna ou externa, na água do mar. Interações Ecológicas Um dos mais conhecidos exemplos de protocooperação é a associação entre a anêmona-do-mar e o paguro, um crustáceo semelhante ao caranguejo, também conhecido como ermitão. O paguro tem o corpo mole e costuma ocupar o interior de conchas abandonadas de gastrópodes. Sobre a concha, costumam instalar-se uma ou mais anêmonas-do-mar (actínias). Dessa união, surge o benefício mútuo: a anêmona possui células urticantes, que afugentam os predadores; o paguro, ao se deslocar, possibilita à anêmona uma melhor exploração do espaço, em busca de alimento. 10 Figura 6 – Exemplo de interação ecológica envolvendo a anêmona. Fonte: MEC – Portal do Professor. 11 CORAIS PÉTREOS Constituem a maior ordem da classe Anthozoa, ordem Scleractinia. De acordo com Hickman (2004, p. 253), “Os corais pétreos poderiam ser descritos como anêmonas do mar em miniatura, que vivem em taças calcárias que eles próprios secretam”. Produzem este esqueleto de Carbonato de Cálcio (CaCO3), alguns pólipos podem ser solitários mas a grande maioria é colonial, medindo em torno de 1 a 3 mm de diâmetro, entretanto as colônias podem ser muito grandes. Figura 7 – Exemplo de coral pétreo. Fonte: Instituto Ciência Hoje/Divulgação UFRJ. Segundo dados divulgados pelo Projeto Coral Vivo1, os recifes de coral distribuem-se formando um anel na região equatorial/tropical do globo terrestre. Eles também ocorrem principalmente do lado ocidental dos oceanos Atlântico e Pacífico e, em geral, em águas rasas e quentes. Há diversos fatores ambientais que influenciam a distribuição dos recifes de coral pelo mundo, como temperatura da água, salinidade, sedimentação, luminosidade, nutrientes e hidrodinamismo. 1 Dados extraídos do site do Projeto Coral Vivo em 27/06/2017. 12 Morfologia e Fisiologia O referido esqueleto de CaCO3, é secretado pela epiderme da metade inferior da coluna bem como do disco basal. Com isso, é produzida a taça esquelética, onde o pólipo se encontra fixado. Os pólipos podem se retrair para ficarem seguros dentro dessa estrutura calcária. Figura 7 – Parte de uma colônia coralina. Fonte: “Zoologia dos Invertebrados”. 6ª Ed, 1996. Ao observar a figura acima, percebe-se que alguns pólipos estão contraídos e outros expandidos, todos conectados por meio de uma camada de tecido lateral. Este tecido, por se tratar de uma dobra da parede corporal, contém a extensão dos órgãos de cada pólipo. Conforme Ruppert e Barnes (1996, p. 141): As configurações esqueléticas de várias espécies de corais devem-se em parte ao padrão de crescimento da colônia e em parte ao arranjo dos pólipos na colônia. Algumas espécies formam massas esqueléticas chatas ou redondas; outras têm uma forma de crescimento vertical e ramificada. Reproduzem-se assexuadamente por meio de brotamento extratentacular e intratentacular, conforme as figuras a seguir: 13 Figuras 8 e 9 – Brotamento extratentacular e intratentacular em pólipos de corais pétreos. Fonte: “Zoologia dos Invertebrados”. 6ª Ed, 1996. E também de forma sexuada, por meio da fecundação do gameta feminino (ovócito) pelo gameta masculino (espermatozoide). Daí se origina uma plânula, que se desloca livremente até encontrar um local para se fixar. A partir de então, passa por uma metamorfose, formando o que se chama de recruta ou pólipo fundador. É interessante ressaltar que esta é a única maneira na qual os corais, que são organismos sésseis, podem se mudar para novos locais. Assim como nas anêmonas, os pólipos de corais tem uma cavidade gastrovascular subdividida por septos organizados em múltiplos de seis (hexâmero). Os pólipos são uma estrutura cilíndrica em forma de saco com uma cavidade interna que se abre apenas em uma extremidade: a boca. Rodeada por tentáculos, a boca age tanto na ingestão de alimentos, quanto na eliminação de resíduos. Os tentáculos são estruturas com grande quantidade de célulaschamadas cnidócitos, que contêm substância urticante e paralisante que serve para capturar presas e defender o pólipo. No interior do tecido do coral vivem várias algas microscópicas chamadas zooxantelas. Estas algas possuem uma relação de simbiose com o coral, na qual a alga fornece ao pólipo alimento – através do processo de fotossíntese – e, em troca, recebe proteção e nutrientes. A seguir, trata-se com maiores detalhes a questão da simbiose entre corais e zooxantelas. 8 [Digite uma citação do documento ou o resumo de um ponto interessante. Você pode posicionar a caixa de texto em qualquer lugar do documento. Use a guia Ferramentas de Desenho para alterar a formatação da caixa de texto de citação.] 9 14 Interações Ecológicas Simbiose de corais e zooxantelas. As zooxantelas são protistas que vivem como endossimbiontes nos tecidos de vários organismos marinhos. Essa simbiose possibilita que os produtos da fotossíntese fornecidos pelas zooxantelas deem suporte a funções vitais do coral hospedeiro, contribuindo para o aumento da calcificação do coral. Em contrapartida, essas microalgas encontram nos corais proteção e bom posicionamento em relação à luz. Devido à fotossíntese realizada pelas zooxantelas, as espécies de corais envolvidas nessa simbiose ocorrem em regiões rasas. Figura 10 - Simbiose de corais e zooxantelas e branqueamento dos corais. Fonte: Blog “Ema não é uma avestruz”. Postagem de Rita Robalo Sobreiro em 16/10/2010. Conforme informações publicadas pelo Portal CPRM - Serviço Geológico do Brasil2, os corais formadores de recifes vivem em simbiose com algas unicelulares, as zooxantelas. Essa associação permite que eles cresçam num ritmo até dez vezes mais rápido, e são as zooxantelas que lhes dão as cores vivas que exibem. Por isso, quando as condições ambientais tornam-se adversas, os corais zooxantelados expelem total ou parcialmente essas algas, ficando esbranquiçados. Esse branqueamento tem ocorrido em larga escala nos últimos vinte anos, embora nem 15 sempre seja completo e nem sempre leve à morte da colônia (depende do tempo de duração do desequilíbrio ambiental). São muitos os fatores que levam ao branqueamento, entre eles o excesso de iluminação ou de raios ultravioleta e variações na temperatura da água ou na sua salinidade. 2 Dados extraídos do site do Portal CPRM em 27/06/2017. 16 OCTOCORAIS Os octocorais, que incluem as gorgônias, os corais tubo e os corais moles, são assim chamados por apresentarem exclusivamente oito tentáculos em seus pólipos. Podem produzir um eixo córneo, que lhe dá grande flexibilidade. Recebem este nome por apresentarem oito tentáculos em seus pólipos, que são pequenos e semelhantes aos dos corais-pétreos. Cada um destes tentáculos é coberto de ramificações laterais, lembrando penas (tentáculos pinados). Em sua maioria formam colônias de formas bastante variadas. A variação de formas entre as espécies da uma grande variedade de formas das colônias. Os indivíduos mais familiares dentro desta subclasse são os corais moles, chamados Alcyonacea ou Gorgonacea. Figura 11 – Octocoral Dendronephthya klunzingeri. Fonte: Wikipédia – Versão em Inglês. https://en.wikipedia.org/wiki/Dendronephthya_klunzingeri 17 Morfologia e Fisiologia Os pólipos se conectam para formar colônias através de uma massa tecidual chamada cenênquima. Possuem esqueleto interno que pode ser constituído de escleritos calcários ou de material córneo. Confome cita Zágari (1996), “Uma característica típica desse grupo de animais é que quase todos os indivíduos têm pequenas estruturas esqueléticas calcárias entranhadas em seus tecidos. Sua alimentação básica é o plâncton”. De acordo com Ruppert e Barnes (1996, p. 147): Os membros da ordem Alcyonacea são conhecidos como corais macios ou corais de couro. Esses octocorais possuem colônias coriáceas ou carnosas macias que podem atingir um grande tamanho. As colônias são irregulares em forma, com algumas incrustantes e outras massivas. Figura 12 – Representação da estrutura de um Octocoral. Fonte: Research Gate. 18 A reprodução sexuada ocorre da mesma forma que ocorre nos corais pétreos, e a reprodução assexuada se dá por brotamento. Nesse tipo de reprodução o pólipo “mãe” se divide para formar um ou mais novos pólipos (clones) que permanecem presos ao tecido do pólipo de origem. A partir de um único pólipo fundador (originado após a metamorfose da plânula – reprodução sexuada), surgem outros pólipos por brotamento para formar uma colônia juvenil. A colônia se desenvolve através do constante adição de novos brotos. Quando atinge um tamanho específico, se torna madura e cada pólipo da colônia começa a produzir gametas. Reinicia-se assim o ciclo de vida. Interações Ecológicas Figura 13 – Peixe em coral mole. Fonte: Ideias e Dicas. A relação entre os diferentes tipos de corais. Os recifes de coral são comunidades regidas pela variedade de organismos e processos químicos responsáveis pela sua formação e preservação. 19 A relação entre as diferentes espécies marinhas também influencia no equilíbrio dessas comunidades, pois a simbiose animal-vegetal é a chave para a reciclagem interna de nutrientes e manutenção da alta biomassa em oceanos oligotróficos, ou seja, pobres em nutrientes. Em contrapartida, a antibiose ou defesa química do espaço, é usada por organismos como os corais moles para evitar a predação e o crescimento excessivo dos corais duros. Os corais duros competem por espaço usando tentáculos limpadores e filamentos de mesentério, enquanto os corais moles liberam toxinas capazes de causar necrose nos tecidos dos corais duros mesmo sem contato real. Estas duas táticas de autoproteção são a base do mosaico de organismos que é o recife de coral. 20 CONCLUSÃO Ao realizar a pesquisa para este trabalho pode-se perceber que a Classe Anthozoa abriga espécies de animais marinhos extremamente importantes, que agregam em suas colônias outras espécies que buscam alimento e proteção, e, portanto colaboram para a preservação da diversidade marinha. Os estresses ecológicos observados pelo branqueamento de corais são evidências claras da ação do homem sobre o ambiente, tendo em vista que o aumento da temperatura da água do mar é agravado pela poluição, além de outros fatores como a pesca excessiva e o lançamento de esgotos. Além de sua relevância como agentes protetores da biodiversidade, os recifes de corais e as anêmonas do mar são objetos de estudo, pois produzem e armazenam grandes quantidades de substâncias químicas, que são utilizadas nas interações ecológicas no ambiente marinho, como repelir predadores, competir e se comunicar. Cientistas do campo da Ecologia Química Marinha realizam pesquisas, fazendo uso do que se chama bioprospecção, para utilizar essas substâncias a favor do homem, como produção de fármacos, cosméticos, entre outros. Um exemplo do desenvolvimento de novas drogas a partir das substâncias repelentes é um estudo feito na Universidade da Califórnia, que levou à criação de um potente anti-inflamatório, a pseudopiterosina-A, produzida por octocorais. Por fim, pode-se dizer que os antozoários apesar de primitivos, são portadores de uma química fina, e que os estudos de biologia marinha estão em constante avanço, levando-nos a conhecer cada vez mais as variedades de espécies, comunidades e interações existentes entre elas. Isso só é possível graças ao trabalho dos primeiros taxonomistas, como Lineu, que ao sistematizaro saber e agrupar as espécies semelhantes colaborou para a compreensão dos fatores que moldam a estrutura e a função dos ecossistemas. 21 REFERÊNCIAS Livros: ARAÚJO, Ana Paula Uilian de. BOSSOLAN, Nelma Regina Segnini. “Noções de Taxonomia e Classificação: Introdução à Zoologia”. Instituto de Física de São Carlos. Biologia II, 2006. CURTIS, Helena. “Biologia”. 2ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1977. HICKMAN Jr.,CLEVELAND, P. / ROBERTS,Larry S. / LARSON,Allan. “Princípios Integrados de Zoologia”. 11ª Ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2004. PAULINO, Wilson R. “Biologia Atual”, vol. 2: Seres Vivos, Fisiologia. São Paulo: Ed. Ática, 1997. RUPPERT, Edward E., BARNES, Richard D. “Zoologia dos Invertebrados”. 6ed. São Paulo: Roca, 1996. Documentos eletrônicos e Websites: AMARAL, A.C.Z., LANA, P.C., FERNANDES, F.C. & COIMBRA, J.C. 2003. 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