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Biologia
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Biologia
Tradução
Sônia Midori Yamamoto
BiologiaBiologia
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Woodfield, Brian F. Virtual lab: biologia / Brian Woodfield, Greg Bodily, Rob Allen ; [tradução Sônia Midori Yamamoto]. – São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2013.
ISBN 978-85-8143-523-7
1. Biologia (Ensino médio) I. Bofily, Greg. II. Allen, Rob. III. Título.
13-11001 CDD-574.07
Índices para catálogo sistemático:1. Biologia : Ensino médio 574.07
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2014
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Virtual Labs Bio Book.indb 4 11/10/13 15:23
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Sumário
Prefácio ....................................................................................................VII
Introdução .................................................................................................IXOrientações gerais sobre navegação ............................................................................ IXQuadro branco e atividades laboratoriais .......................................................................XLaboratório de microscopia ...........................................................................................XLaboratório de sistemática ...........................................................................................XILaboratório molecular ................................................................................................ XIILaboratório de genética .............................................................................................XIIILaboratório de ecologia ............................................................................................ XIVAjuda .....................................................................................................................XV
1- Introdução ao laboratório de microscopia ................................................ 11-1 Coloração como técnica de diferenciação ............................................................... 71-2 Vida dos eucariontes unicelulares .......................................................................... 111-3 Parasitas .......................................................................................................... 151-4 MET e membranas ............................................................................................. 17
2- Introdução ao laboratório de sistemática ............................................... 212-1 Fisgando algo suspeito ....................................................................................... 252-2 Insetos, cracas e bivalves .................................................................................... 292-3 Insetos rastejantes .............................................................................................. 332-4 Plantas terrestres ................................................................................................ 372-5 Alga ................................................................................................................ 412-6 Vermes ............................................................................................................. 45
3- Introdução ao laboratório molecular ...................................................... 513-1 Um peixe fora d’água ........................................................................................ 573-2 Investigação forense da nadadeira do tubarão ....................................................... 633-3 Comércio de tigres ............................................................................................ 673-4 Perfil de DNA ................................................................................................... 71
4- Introdução ao laboratório de genética ................................................... 774-1 Cor da pelagem canina...................................................................................... 834-2 Hereditariedade do daltonismo ............................................................................ 874-3 Os camundongos e Mendel ................................................................................ 914-4 Herança da anemia falciforme ............................................................................. 954-5 Ligação gênica em drosófilas ............................................................................... 99
5- Introdução ao laboratório de ecologia ................................................. 1035-1 Espécies invasoras ........................................................................................... 1095-2 Espécies-chave ................................................................................................ 1135-3 Competição ................................................................................................... 117
VII
PrefácioBem-vindo ao Laboratório Virtual de Biologia! Aqui você realizará simulações de experimentos
reais do universo da pesquisa biológica e poderá aplicar seu conhecimento em situações bastante diversificadas: você será convidado a participar de um caso de suspeita de contrabando de animais e terá de recorrer à avaliação genética de espécies para resolvê-lo, fará o papel de consultor e terá de decidir quanto à introdução ou não de espécies num ecossistema com relações tróficas específicas ou investigará sobre a maior frequência de uma enfermidade em determinadas populações huma-nas. Para tanto, contará com equipamentos científicos que propiciam avaliações muito precisas e rebuscadas, como um microscópio eletrônico de varredura (MEV) ou um sequenciador de genomas. Dessa forma, os experimentos que você poderá fazer no ambiente virtual permitem a realização de investigações que não seriam possíveis no laboratório da escola.
Este livro de atividades orienta a realização de investigações nos vários laboratórios que inte-gram o ambiente virtual. Em cada uma das atividades propostas, você solucionará problemas espe-cíficos que fazem parte do cotidiano de variados especialistas no campo biomédico, como um gene-ticista realizando aconselhamento genético ou como consultor ambiental atuando em um zoológico. Cada atividade envolve o uso de um ou dois laboratórios virtuais, oferecendo meios de construção de conhecimento detalhado sobre grande parte das áreas de estudo da biologia: genética, biologia molecular, classificação biológica e ecologia.
As atividades são sempre de cunho prático, ou seja, promovem a realização de experimentos ou avaliações, cujos resultados podem ser salvos no “livro de laboratório”, de capa vermelha, disponível em todas as bancadas dos diversos laboratórios que integram esse ambiente virtual. O livro de labo-ratório também permite que você retorne posteriormente aos resultados experimentais que obteve em aula, facilitando seu estudo ou comparação com nova experimentação que venha realizar. Permi-
te ainda que o arquivo seja enviado ao professor, facilitando sua correção e avaliação.Assim, o livro de laboratório será seu fiel companheiro, pois funciona como um caderno de no-
tas do cientista, para registro dos resultados experimentais, das reflexões sobre eles e algumas notas sobre pesquisas bibliográficas realizadas. As simulações do laboratório virtual, portanto, ultrapassam o nível da realização de experimentos, propiciando também os passos seguintes da pesquisa científi-ca: análise e comparação de resultados e conclusões sobre os dados.
Para salvar as entradas feitas em seu livro de laboratório – por exemplo, um sequenciamento de DNA que tenha realizado, um gráfico de crescimento populacional em determinado ecossistema ou os tipos de descendentes obtidos a partir do cruzamento entre indivíduos com certos genótipos –, clique no menu Arquivo do livro de laboratório e selecione “Salvar arquivo”. Assim, você poderá salvar um arquivo do livro em sua unidade local de disco e acessar este arquivo em seu próximo acesso ao Laboratório Virtual de Biologia clicando em Arquivo e, depois, em “Abrir Arquivo”.
Outros recursos comuns aos vários laboratórios que integram o Laboratório Virtual de Biologia são o seletor de espécies e a lista de pré-configurações.
PrefácioVIII
O seletor de espécies aparece em cada laboratório com a aparência de um projetor de slides. Ao clicar sobre ele, aparecerá a projeção de um quadro com uma lista de seres vivos indicados por seus nomes comuns. Ao selecionar qualquer elemento da lista, uma imagem do ser vivo será projetada na região central e a legenda indicará seu nome científi co, apresentando informações sobre sua distri-buição geográfi ca, hábitos alimentares e outras peculiaridades.
A “lista de pré-confi gurações” aparece em cada laboratório com a aparência de uma prancheta. Essa lista apresenta alguns experimentos clássicos ou outras atividades pré-formatadas que podem ser desenvolvidas naquele laboratório específi co. Ao selecionar uma das atividades da lista, os itens necessários para realização daquele experimento ou avaliação são automaticamente dispostos sobre a bancada do laboratório ou no equipamento específi co necessário para aquele trabalho.
Como exemplo, veja a seguir uma imagem do laboratório de microscopia com o livro de labo-ratório, o seletor de espécies e a lista de pré-confi gurações indicados pelas setas:
Seletor de espécies
Livro de laboratório
Lista de pré-confi gurações
Agora que você já conhece um pouco do laboratório e algumas de suas ferramentas, aproveite para explorá-lo. Você pode começar pelas atividades que indicamos neste livro ou realizar seus pró-prios experimentos. Boa pesquisa!
IX
Introdução
Orientações gerais sobre navegação
Ao entrar pela primeira vez no Laboratório Virtual de Biologia, você terá acesso à sala principal. Esse ambiente possui quatro bancadas de laboratório virtuais – sistemática, eco-logia, biologia molecular e microscopia – e um elevador que leva ao laboratório virtual de genética. Para acessar as bancadas, clique em qualquer parte da bancada desejada. Para entrar no laboratório de genética, clique no elevador. Para retornar à sala principal, clique em Exit (sair) quando estiver nesses outros ambientes. Para fechar o aplicativo, basta clicar em Exit na sala principal. Mas atenção: antes de sair desse ambiente, certifique-se de ter salvado os resultados experimentais que desejar no livro de laboratório. Caso contrário, esses dados não poderão ser recuperados.
Sistemática
Ecologia
Molecular
Microscopia
IntroduçãoX
Quadro branco e atividades laboratoriais
O quadro branco, localizado em primeiro plano na sala principal, refere-se às atividades de pesquisa orientada que se encontram nas páginas seguintes. As atividades distribuem-se em um dos quatro títulos listados no quadro e organizam-se de acordo com os temas:
Organismos e história natural: podem ser encontradas principalmente nas bancadas dos laboratórios de sistemática e microscopia.
DNA: concentram-se na bancada do laboratório molecular.
Hereditariedade: concentram-se no laboratório de genética.
Biomas e populações: são conduzidas na bancada do laboratório de ecologia.
Clique em um desses tópicos para visualizar os títulos das atividades. Em seguida, passe o mou-se sobre um título para ler a descrição da atividade. Se encontrar alguma que deseje realizar, basta cli-car no título para ter acesso à bancada em que se encontra a atividade. A partir daí, siga as instruções da planilha de atividade laboratorial para prosseguir com uma pesquisa orientada.
Laboratório de microscopia
No laboratório de microscopia é possível observar seres vivos ou suas partes em microscópios com diferentes capacidades de ampliação: monóculo de campo, microscópio estereoscópico, mi-croscópio óptico composto, microscópio eletrônico de varredura (MEV) e microscópio eletrônico de transmissão (MET). Alguns desses equipamentos são muito caros e rebuscados, de forma que seu uso não seria possível em qualquer laboratório.
O quadro no fundo do laboratório de microscopia indica os diferentes níveis de resolução de cada um desses instrumentos ópticos, bem como o tamanho aproximado do objeto que pode ser
Introdução XI
analisado em cada um deles. Assim, é possível planejar qual tipo de microscópio deve ser utilizado quando se pretende observar a morfologia externa de um organismo inteiro e qual é aplicável à aná-lise da estrutura de uma organela celular.
Outro aspecto interessante que pode ser observado no laboratório é que um mesmo ser vivo pode ser analisado em diversos tipos de microscópios. Portanto, as simulações funcionam como uma imersão cada vez mais detalhada e ampliada nesse organismo e em seus principais constituintes.
As diversas imagens geradas são acompanhadas de legendas explicativas e da escala do aumento obtido com aquele instrumento. Tais imagens podem ser adicionadas ao livro de laboratório para posterior avaliação.
Laboratório de sistemática
O laboratório de sistemática permite visualizar a distribuição de diversos grupos taxonômicos em árvores fi logenéticas. Além disso, nele é possível simular a classifi cação de algumas espécies uti-lizando critérios diversos. Assim, pode-se verifi car como o trabalho de classifi cação se modifi cou ao longo do tempo, desde a classifi cação pioneira elaborada por Carl von Linné (Lineu). Para isso, basta selecionar o tipo de classifi cação desejada na barra de rolagem ao lado do seletor de espécies. Além da classifi cação original de Lineu, é possível verifi car a árvore fi logenética correspondente à classifi cação que divide os seres vivos em três domínios (Archaea, Bacteria e Eukarya) e à classifi cação que divide os seres vivos em seis reinos (Animalia, Fungi, Plantae, Protoctista, Archaea e Bacteria).
Desse modo, as atividades desenvolvidas neste laboratório possibilitam a compreensão do pro-cesso de classifi cação dos seres vivos, processo este que é continuamente revisto pelos cientistas. Por exemplo, uma das atividades propostas neste livro integra simulações realizadas no laboratório de sistemática com simulações realizadas no laboratório molecular, de forma que se perceba empiri-camente a necessidade de reclassifi cação de determinadas espécies. Isso coincide com o que de fato
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vem acontecendo desde a década de 1970, com o advento das técnicas de biologia molecular, quando os cientistas começaram a comparar o material genético de um enorme número de organismos na tentativa de estabelecer uma mais completa e correta árvore da vida.
Como esse processo é contínuo, essa classifi cação está sendo revista neste exato momento em diversos laboratórios ao redor do mundo. Assim, os sistemas de classifi cação apresentados no labora-tório de sistemática estão entre os mais atuais entre o que foi estabelecido como consenso pelos espe-cialistas, mas podem apresentar desatualizações decorrentes dessa revisão contínua feita por eles. Um bom exercício complementar que você pode realizar após as atividades deste laboratório é consultar a classifi cação mais atual na ferramenta permanentemente em construção conjunta denominada “Tree of Life Web Project”, acessando http://tolweb.org/tree/, e compará-la com a árvore fi logenética que você construiu nas atividades de laboratório a fi m de verifi car quais ramos dessa árvore já sofre-ram modifi cações nos últimos anos, meses e dias.
Laboratório molecular
O laboratório molecular permite a simulação de três técnicas-chave: a reação em cadeia da polimerase (PCR), a eletroforese em gel e o sequenciamento de genomas. Muitos dos equipamentos utilizados aqui são extremamente sofi sticados e caros. Logo, as simulações aqui realizadas propiciam estudos que não seriam possíveis em um laboratório escolar.
As atividades propostas neste livro usam as instalações deste laboratório para simular situações reais do cotidiano da biologia forense, como a comparação de amostras de DNA de suspeitos com amostras de DNA colhidas no local de um crime ou a comparação de amostras de DNA de espécies ameaçadas de extinção com amostras de DNA de animais confi scados por suspeita de tráfi co ilegal.
A sequência de procedimentos necessários para cada análise segue o passo a passo do que ocor-reria num laboratório real de biologia molecular, desde a seleção dos iniciadores de duplicação de
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DNA até o sequenciamento completo de um trecho desta molécula, passando por centrifugação de amostras e pipetamento de cada elemento necessário para compor uma amostra a ser avaliada.
Tanto os trechos de amostras de DNA sequenciados quanto os padrões de separação de bandas de DNA obtidos na eletroforese em gel podem ser salvos no livro do laboratório, permitindo a com-paração com outras amostras avaliadas.
Laboratório de genética
O laboratório de genética tem sua confi guração geral alterada de acordo com o tipo de atividade em curso: pode ser uma estufa de plantas para cruzamento e cultivo de ervilhas, um consultório de aconselhamento genético para avaliação da probabilidade de transmissão hereditária de enfermida-des humanas ou uma sala com estantes, vidrarias e equipamentos de captura se o objeto da avaliação for um cão, um camundongo ou outro animal.
As simulações possíveis neste laboratório propiciam o retorno às origens da genética por meio da replicação dos experimentos de Gregor Mendel com ervilhas, de forma que se possa validar as leis de Mendel manipulando os genótipos dos indivíduos que se deseja cruzar e acompanhando por algumas gerações os resultados na descendência.
Outros experimentos clássicos também podem ser simulados neste ambiente para avaliar o tipo de herança envolvida na determinação dos tipos sanguíneos no sistema ABO humano, na cor da pe-lagem de cães labradores ou na transmissão do daltonismo. Por meio dessas simulações, será possível verifi car se os alelos que determinam certos fenótipos são dominantes ou recessivos, se os pares de genes estão ligados no mesmo cromossomo, se sofrem segregação independente ou, ainda, se estão localizados em cromossomos sexuais ou autossomos.
Além disso, o elemento temporal adiciona uma vantagem importante para este ambiente vir-tual: é possível acompanhar a transmissão de determinado traço por muitas gerações, o que nem
IntroduçãoXIV
sempre seria possível em uma situação real. Mais que isso, é possível manipular o número de descen-dentes, facilitando a visualização das frequências fenotípicas.
Para cada espécie selecionada, é possível determinar as características que se deseja estudar, pla-nejar o número da prole em F1 e realizar novo cruzamento entre indivíduos específi cos de F1 para, então, acompanhar a distribuição dos fenótipos em F2. Os resultados dos cruzamentos, inclusive sob a forma de frequências fenotípicas, são representados em gráfi cos de barras, que podem ser adicio-nados ao livro de laboratório, permitindo a comparação com resultados decorrentes de cruzamentos de outros genótipos.
Laboratório de ecologia
Os experimentos possíveis de se realizar no laboratório de ecologia são mais facilmente execu-táveis em uma simulação que em um ambiente real por várias razões. Por exemplo, neste laboratório é possível controlar diversas variáveis ambientais, como nível de nutrientes e nível de toxicidade. Também é possível selecionar biomas específi cos por meio da determinação de latitude, temperatura e precipitação média. Da mesma forma, os fatores bióticos podem ser controlados, como o acréscimo de espécies invasoras e a migração de indivíduos de uma população.
Tal refi namento de controle de variáveis não seria possível em uma situação real, bem como difi cilmente um mesmo pesquisador poderia transitar por biomas tão distintos quanto os disponí-veis nesse ambiente virtual e, então, comparar resultados de um mesmo experimento em situações ambientais diversas. Deve-se considerar também a questão do espaço temporal, que frequentemente é um complicador nos estudos de campo, já que os estudos de longo prazo, que se estendem por dé-cadas, são raros e de difícil execução. Neste ambiente virtual, pode-se avançar muitos anos no simu-lador e, por exemplo, acompanhar o resultado de uma catástrofe ambiental na extinção de algumas espécies e no aumento populacional de outras.
Introdução XV
Os resultados das simulações realizadas no laboratório de ecologia são representados em grá-ficos de crescimento populacional e a influência de determinada espécie sobre outra que habita o mesmo ecossistema pode ser avaliada pela análise comparativa desses gráficos. Também é possível identificar as relações tróficas entre essas espécies, como competição e predação, bem como os de-mais elementos que caracterizam a dinâmica de populações.
Cada bioma disponível para a realização das simulações tem seus fatores abióticos registrados no quadro central e seu perfil projetado no fundo do laboratório de forma a ser possível identificar os principais elementos vegetativos que o caracterizam. Uma vez iniciada uma simulação em deter-minado bioma, os parâmetros ambientais “temperatura” e “precipitação” variam automaticamente com o período do ano em curso de forma específica para a caracterização daquele bioma.
Ajuda
Mais detalhes sobre as características da sala principal, incluindo o seletor de espécies e as diver-sas bancadas de laboratório, podem ser obtidos ao clicar em Ajuda, logo acima do quadro branco. Essa ajuda poderá ser acessada de qualquer ponto do Laboratório Virtual de Biologia e será adaptada de acordo com o local do laboratório em que você estiver. Por exemplo, se estiver na bancada do laboratório molecular, ao clicar em Ajuda você obterá instantaneamente informações sobre essa bancada, e temas mais específicos serão listados no menu lateral.
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Introdução ao laboratório de microscopia
Conheça os quatro microscópios disponíveis na bancada virtual do laboratório de microscopia.
Telescópios, lupas e outros tipos de lentes são utilizados há séculos, especialmente no campo das ciências. O Laboratório Virtual de Biologia apresenta uma bancada do laboratório de microscopia com cinco tipos de instrumentos ópticos úteis ao estudo da biologia:
1. microscópio estereoscópico,2. microscópio composto,3. microscópio eletrônico de varredura (MEV),4. microscópio eletrônico de transmissão (MET) e
5. monóculo de campo.
Acesse o Laboratório Virtual de Biologia e selecione o título desta atividade de laboratório no menu “Organismos e história natural”, no quadro branco. Você será levado para a bancada virtual do labora-tório de microscopia.
Parte A: microscópio estereoscópico
O microscópio estereoscópico, ou de dissecação, é utilizado para examinar organismos ou ob-jetos com ampliações relativamente baixas, muitas vezes sem a necessidade de muito preparo antes do exame. Abra o menu “Coletas microscópicas” na prancheta pré-confi gurada e selecione “Pré--visualização do microscópio de dissecação”. Você verá um menu de imagens em miniatura – versões reduzidas das imagens microscópicas disponíveis, ou micrografi as – projetadas ao lado do micros-cópio de dissecação. Ao passar o mouse sobre essas miniaturas, você verá os títulos das micrografi as.
Com a fi nalidade de visualizar as capacidades do microscópio de dissecação, a pré-confi guração apresenta imagens ampliadas de um bolor vermelho do pão de uma recém-colhida caruma de pi-nheiro crescendo em uma placa de Petri e de duas espécies de zooplâncton. Comece clicando na imagem em miniatura “Par de copépodes”. Ela se expandirá para uma janela maior que lhe permitirá ajustar o contraste da imagem, ampliá-la e reduzi-la, bem como propiciará uma visão panorâmica e a descrição dos espécimes.
1 Que outra informação há particularmente nesta imagem do par de copépodes e o que ela pode lhe dizer sobre os organismos?
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Introdução ao laboratório de microscopia2
Outra função da bancada virtual do laboratório de microscopia é a possibilidade de salvar no livro de laboratório virtual as imagens selecionadas. Ao examinar qualquer imagem, você pode clicar no botão Salvar para copiá-la no livro. Tente fazer isso com o “Par de copépodes”. Em qualquer momento durante esta sessão de laboratório virtual, você pode clicar no livro de laboratório – o vermelho no canto esquerdo da bancada – e acessar o menu das imagens salvas. Experimente fazer isso agora.
Dentro do livro de laboratório, clique no ícone da câmera ao lado do título da imagem e verá uma janela muito semelhante ao visor do microscópio, com controles bastante parecidos. Salvar as imagens permite reservá-las para análise posterior durante a sessão laboratorial. Mesmo que você acabe trabalhando em outra bancada, poderá abrir o livro de laboratório e ver as imagens salvas em microscopia; não é preciso retornar à bancada de microscopia. Você também pode usar essa função Salvar como uma forma de reunir determinadas imagens que deseje comparar de modo rápido e fácil em um único lugar, especialmente se um menu de miniaturas for muito longo para um instru-mento ou espécie em particular. Tudo o que for salvo no livro de laboratório permanecerá lá até que você saia do Laboratório Virtual de Biologia ou feche a janela do navegador. Também é possível fazer exclusões do livro de laboratório manualmente.
Clique fora do livro de laboratório e examine a outra imagem de copépode: “Zooplâncton”. Nesse caso, e na maior parte dos casos em microscopia, a escala da imagem é fornecida na caixa no canto inferior esquerdo da imagem. Salve essa imagem no livro de laboratório.
2 Reabra o livro de laboratório e alterne entre as duas imagens salvas para compará-las. Aponte duas semelhanças e duas diferenças entre essas duas espécies de copépode.
Agora, examine a imagem do “bolor vermelho de pão”. Se você rolar a tela até o final da des-crição, verá que há um trecho de texto que contém um conjunto de dados. Hoje em dia, quando os cientistas salvam imagens digitais, eles costumam anexar esses dados aos arquivos de imagem. Esses “metadados” permanecem junto ao arquivo e servem como lembretes de onde, quando e o que foi fotografado. Há vários exemplos de imagens marcadas com metadados no Laboratório Virtual de Biologia, principalmente nas imagens de monóculo de campo.
3 Com base nos metadados anexados a essa imagem de bolor vermelho do pão, o que você des-cobriu sobre esse espécime em particular?
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Feche a janela do visualizador de imagens e clique no pôster intitulado “Resolução” que está afixado na parede atrás da bancada. Trata-se de uma ferramenta de referência que vai ajudá-lo a conectar os diferentes instrumentos ópticos aos seus diversos fatores de ampliação e resoluções. Re-solução é um termo que se refere ao nível de nitidez de uma imagem. Quanto maior for a resolução, mais útil será a imagem para os cientistas.
4 Como você pode classificar o microscópio estereoscópico em relação ao microscópio composto e aos dois microscópios eletrônicos quanto à capacidade de ampliação e resolução?
Parte B: microscópio composto
Agora você vai conhecer as capacidades do microscópio de luz composto. Feche ou afaste o pôs-ter de referência de microscopia e retorne à prancheta pré-configurada. A partir do menu “Coletas microscópicas”, selecione “Pré-visualização do Microscópio Composto”. Novamente, você verá um menu de imagens em miniatura projetadas ao longo do microscópio. Observe que há um triângulo preto em cima de uma delas, “Vídeo de rotífero (4)”. Esse símbolo indica que se trata de um video-clipe. Clique nele e assista a pequenos rotíferos nadando na água de uma lâmina de microscópio não fixada. Esse é um exemplo de como organismos vivos podem ser vistos e registrados por meio de um microscópio composto. Na maioria das vezes, organismos, tecidos e células examinados em lâminas desse tipo de microscópio não estão vivos.
A seguir, clique na imagem em miniatura chamada “Músculo cardíaco”. Trata-se de um exem-plo mais comum do que se vê com um microscópio composto. Como esse microscópio precisa que uma luz atravesse a amostra pela parte de trás, tecidos como esse músculo cardíaco são cortados em camadas muito finas. Isso permite que as fibras musculares semitranslúcidas sejam examinadas e, até certo ponto, vistas internamente.
Depois, clique na imagem intitulada “Tripanossomo entre hemácias”. Aqui se vê uma mancha de sangue humano. As formas redondas são as células vermelhas, ao passo que as formas de cor vio-leta com formato de um verme são exemplares de Trypanosoma cruzi, parasitas que podem causar a doença de Chagas.
5 Observe o fator de ampliação da imagem. Por que o microscópio composto é mais útil do que o estereoscópico para examinar sangue humano e diagnosticar certas doenças? Consulte o pôster de microscopia na parede para obter ajuda.
Clique na imagem em miniatura intitulada “Seção transversal de uma lombriga” para visualizá--la na íntegra. Seção transversal é um corte através de um organismo inteiro, ou de uma porção dele,
Introdução ao laboratório de microscopia4
em sentido perpendicular à largura. Nesse caso, um nematelminto foi cortado ao meio e, em seguida, uma seção fina da extremidade do corte foi preparada e colocada sobre uma lâmina de microscó-pio. A seção transversal é fina o bastante para permitir que a luz a atravesse, mas também espessa o suficiente para que órgãos internos e outras características sejam muito distintos. Nessa imagem, veem-se os dois grandes úteros circulares, os ovários redondos menores e o intestino delgado e com-pactado à esquerda dos úteros.
6 Ao examinar uma seção transversal, às vezes é possível dizer se um organismo tem simetria bi-lateral ou simetria radial. Que tipo de simetria você acha que o nematelminto exibe? Justifique sua resposta.
Parte C: microscopia eletrônica de transmissão (MET)
O próximo instrumento é o microscópio eletrônico de transmissão (MET). Como se pode ver no pôster de “Resolução”, esse microscópio tem o maior poder de ampliação. Ele dispara elétrons que atravessam a amostra, assim como um microscópio composto utiliza a luz que passa através dos espécimes para revelar estruturas contrastantes. Para que isso funcione, a amostra deve ser cortada em partes muito finas. Para ver exemplos de imagens de MET, volte para a prancheta e clique na pré--configuração “Coleta de imagens MET”. Como de costume, um menu de imagens em miniatura vai aparecer ao lado do microscópio.
Localize e clique sobre a imagem intitulada “Extremidade da raiz”. Com a ajuda da descrição, podem-se observar o núcleo e a cromatina, com as mitocôndrias.
7 Quantas mitocôndrias é possível ver nessa imagem?
A seguir, clique na miniatura mais colorida. Essa imagem, “Bactérias E. coli (coloração falsa)”, é um exemplo de micrografia de MET que foi colorida digitalmente para que algumas características sejam realçadas. As estruturas longilíneas são flagelos da bactéria.
Parte D: microscópio eletrônico de varredura (MEV)
Por fim, você conhecerá o microscópio eletrônico de varredura (MEV). Assim como o MET, o MEV bombardeia um espécime com elétrons, mas, nesse caso, a amostra é revestida com uma fina camada de ouro ou outro metal, que reflete parte dos elétrons. Os sensores do MEV recebem, então, os elétrons refletidos e montam uma imagem extremamente detalhada da superfície tridimensional do objeto, com sombras e realces cujos detalhes superam muito os das micrografias compostas. Isso torna o MEV o melhor instrumento para analisar as características da superfície de objetos e orga-nismos sólidos e tridimensionais. Biólogos que estudam organismos minúsculos gostam muito do
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MEV não só porque ele pode fornecer imagens de alta ampliação de suas amostras, mas também porque as imagens têm altíssima resolução. Ainda que um exemplar, como a cabeça de uma formiga ou um dente de tubarão, possa ser examinado adequadamente com um microscópio de dissecação ou composto, talvez valha a pena prepará-lo para o MEV por causa dos detalhes que ele pode revelar. Como no caso das imagens de MET, as de MEV são em preto e branco, a não ser que sejam coloridas posteriormente.
Volte para a prancheta e selecione a pré-confi guração “Pré-visualização do MEV” no menu “Coletas microscópicas”. Clique na miniatura intitulada “Zooplâncton”. Trata-se da mesma espécie de copépodes marinhos, Calanus fi nmarchicus, examinada no microscópio de dissecação e salva em seu livro de laboratório. Salve também essa imagem de MEV no livro, para fazer uma comparação entre as duas. No livro de laboratório, alterne entre ambas as imagens de “Zooplâncton”. Use o ícone em forma de cruz ( ) para dar ao cursor a forma de mão, o que lhe permitirá arrastar as imagens ampliadas de um lado para o outro dentro da janela do livro de laboratório.
8 Que estruturas o MEV permite que sejam examinadas com mais nitidez do que o microscópio composto? Que detalhes não são revelados ou capturados pelo MEV?
Retorne ao MEV e examine as duas imagens da garra de um gato, “Garra de um gato” e “Ca-madas de queratina da garra de um gato”. Uma delas mostra a ponta de uma única garra, já a outra apresenta uma visão mais aproximada das camadas de uma garra.
9 Essas imagens poderiam ser obtidas com qualquer um dos outros microscópios? Justifi que sua resposta.
Navegue pelas outras imagens pré-confi guradas de MEV e observe os organismos e as estru-turas que podem ser bem capturados por esse tipo de microscópio. Por fi m, você deve ter notado um quinto instrumento na bancada virtual do laboratório de microscopia. Trata-se do monóculo de campo, um tipo de telescópio que é usado por biólogos de campo para observar, identifi car e rastrear animais relativamente grandes em seu hábitat natural. No Laboratório Virtual de Biologia você vai encontrar imagens desses animais arquivadas nos menus desse instrumento, incluindo fotos de insetos, aves, répteis, peixes, plantas, mamíferos e crustáceos. Todas essas imagens foram tiradas com uma câmera, mas, tendo em vista o propósito de criar o banco de microscopia, elas foram incluídas no monúculo de campo. Para ver alguns exemplos de imagens desse instrumento, abra o seletor de espécies no lado esquerdo da bancada e selecione “caranguejo-ferradura”. Como ocorre com os demais instrumentos, um menu de imagens em miniatura vai aparecer ao lado do monóculo de campo, e você poderá navegar por elas para ver imagens do caranguejo-ferradura acima e abaixo da superfície.
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10 Preencha a tabela a seguir com o tipo de microscópio(s) que você usaria para examinar melhor determinado sujeito e uma explicação de suas escolhas.
Sujeito Microscópio escolhido Justificativa
Minhoca viva, com 10 cm de comprimento
Bactéria, 10 μm de comprimento
Amostra de sangue de paciente suspeito de ter
malária, uma doença causa-da por um parasita
O aparelho bucal de um besouro
Mitocôndrias
Baleia-azul, com 30 m de comprimento e a 500 m
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Coloração como técnica de diferenciação
Use a bancada do laboratório de microscopia para saber como os microbiologistas usam lâminas de microscópio coradas para diferenciar os tipos de bactéria.
Com um microscópio de luz potente, é possível ver algo tão pequeno como uma única bactéria. No entanto, diversos tipos de bactéria podem parecer muito semelhantes, mesmo em alta ampliação. Nesses casos, os cientistas usam uma variedade de corantes para diferenciá-los. Essa técnica é deno-minada coloração diferencial. Nesta atividade, você vai observar como os vários tipos de bactéria fi cam quando corados com essa técnica.
Acesse o Laboratório Virtual de Biologia e selecione o título desta atividade laboratorial no menu “Organismos e história natural”, no quadro branco. Você será levado à bancada virtual do laboratório de microscopia.
Clique em “Humano” no seletor de espécies. No menu do microscópio composto, procure ima-gens de várias bactérias associadas aos seres humanos.
1 Quais formas bacterianas podem ser vistas?
Muitas espécies bacterianas têm as formas básicas observadas na Etapa 1. Um método que os cientistas podem usar para diferenciar bactérias semelhantes chama-se coloração de Gram. Depen-dendo da matéria que compõe suas camadas externas (isto é, paredes celulares, membranas e outros revestimentos), as bactérias com coloração de Gram fi cam rosadas ou violeta. As Gram-positivas fi cam violeta, enquanto as Gram-negativas, rosadas. Passe o mouse sobre as miniaturas no menu de imagens do microscópio composto. Clique na imagem intitulada “Bactéria da cólera”. Em seguida, selecione “Bactérias Estreptococo (cocos, técnica de Gram)”.
2 Quais bactérias são Gram-positivas e quais são Gram-negativas?
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A coloração de Gram não funciona em todas as espécies bacterianas. As bactérias ácido-resis-tentes, por exemplo, possuem uma parede celular lipídica ácido-resistente específica que interfere no processo de coloração de Gram. No entanto, a coloração ácido-resistente combina com essa mem-brana lipídica. Organismos ácido-resistentes ficam vermelhos ante um fundo azul em uma coloração desse tipo.
3 Clique na imagem em miniatura intitulada “Bactéria da tuberculose (corante ácido-álcool)”. Que informações você pode extrair dessa imagem?
Algumas bactérias formam estruturas resistentes conhecidas como endósporos. Trata-se de uma célula dormente que é altamente resistente à desidratação por calor ou ressecamento (inclusive, ebulição), à falta de nutrientes e danos físicos.
4 Clique nas imagens intituladas “Bactéria do botulismo (corante malaquita)” e “Bactéria do bo-tulismo (técnica de Gram)”. Os endósporos aparecerão como grandes protuberâncias nas extre-midades de algumas bactérias. Que informações você pode extrair dessas imagens?
Algumas bactérias possuem flagelos – estruturas parecidas com chicotes, utilizadas para lo-comoção. Muitas vezes é difícil enxergá-los no microscópio por serem muito finos. Uma técnica chamada coloração de flagelos reveste os flagelos bacterianos com um corante, tornando-os mais espessos e visíveis.
5 Clique na imagem intitulada “Bactéria flagelada”. Que informações você pode extrair dessa imagem?
6 Suponha que você tenha uma amostra composta por uma mistura de bactérias em forma de bastonete e esféricas. Usando apenas a coloração de Gram, qual é o maior número de tipos de bactéria que se pode encontrar nessa amostra? Explique seu raciocínio.
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7 Você está tentando identificar uma cultura bacteriana que contém apenas uma espécie de bac-térias em forma de bastonete. Você executa três vezes uma coloração de Gram. A cada vez, al-gumas células individuais aparecem rosadas e outras, violeta ou sem coloração. Cite uma razão pela qual a coloração de Gram pode ser inconclusiva neste caso. Qual poderia ser seu próximo passo na identificação dessas bactérias? Explique seu raciocínio.
8 A coloração não é a única maneira de cientistas diferenciarem os tipos de bactéria. Indique ou-tro método que você acha que funcionaria para fazer a distinção entre os vários tipos de bactéria que parecem semelhantes no microscópio. Explique como esse método agiria. Dica: diferentes espécies podem ter diferentes necessidades nutricionais ou metabólicas.
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Vida dos eucariontes unicelulares
Use a bancada do laboratório de microscopia para aprender sobre a grande diversidade de vida unicelular eucariótica.
As células dividem-se em duas grandes categorias: procariontes e eucariontes. As células pro-cariontes não possuem núcleo, seu material genético fi ca disperso no citoplasma; elas costumam ser menores e estruturalmente mais simples do que as células eucariontes. Estas, no entanto, são geral-mente maiores e podem conter organelas complexas, que são estruturas com funções específi cas na célula.
A maioria dos organismos multicelulares é composta por células eucariontes. No entanto, tam-bém há vida eucarionte abundante no nível microscópico. Muitos eucariontes microscópicos são unicelulares: consistem em uma única célula. Embora alguns eucariontes unicelulares sejam fungos, a maioria é protoctista. Os biólogos consideram o reino protoctista como um grupo “abrangente”, que contém eucariontes que não se encaixam em outros reinos. Neste laboratório, você vai usar a bancada de microscopia para explorar a vida unicelular eucarionte.
Acesse o Laboratório Virtual de Biologia e selecione o título desta atividade laboratorial no menu “Organismos e história natural”, no quadro branco. Você será levado para a bancada virtual do labora-tório de microscopia.
Parte A: levedura
Selecione “Levedura” no seletor de espécies. As leveduras pertencem ao reino dos fungos (Fun-gi). Suas células podem utilizar as mitocôndrias para metabolizar alimentos por meio de respiração aeróbica ou, na ausência de oxigênio, podem metabolizá-los por um processo conhecido como fer-mentação. A reprodução da levedura pode ser tanto assexuada (por brotamento) quanto sexuada. Clique em uma das imagens em miniaturas que aparecem acima do MET e observe as de levedura.
1 As células de levedura, como a maioria dos eucariontes, possuem componentes celulares. Des-creva a aparência de algumas delas em uma célula de levedura.
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2 A terceira micrografia é uma imagem de levedura no processo de brotamento (gemulação). Descreva a aparência das células de levedura durante esse processo.
Parte B: protoctistas móveis
Alguns eucariontes unicelulares são móveis, o que significa que eles usam ativamente métodos mecânicos para se mover em determinadas direções. Vamos examinar agora espécies móveis. Cada uma delas utiliza um método diferente de motilidade.
Selecione “Ameba” no seletor de espécies. As amebas movem-se estendendo projeções de cito-plasma conhecidas como pseudópodes ou pseudópodos. No microscópio composto, assista ao vídeo de amebas em movimento.
3 Descreva o movimento das amebas.
Selecione “Paramécio” no seletor de espécies. Os paramécios movimentam-se usando cílios, ou projeções muito curtas, semelhantes a pelos, que de certo modo funcionam como os remos de um barco. Use o microscópio composto para assistir ao vídeo de paramécios em movimento.
4 Descreva o movimento de paramécios.
Selecione “Euglena” no seletor de espécies. As euglenas movimentam-se usando flagelos seme-lhantes a chicotes, que ficam em uma das extremidades de suas células. No microscópio composto, assista ao vídeo de euglenas nadando.
5 Descreva o movimento das euglenas.
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Parte C: protoctistas fotossintéticos
Além de capturar e engolir micro-organismos e outras fontes de alimento, as euglenas usam clo-roplastos para aproveitar a energia solar. Clique em “Diatomácea” no seletor de espécies. As diatomá-ceas formam outro grupo de protoctistas fotossintéticos. Produzem carapaças de padrão intrincado e feitas de dióxido de silício, também utilizado na fabricação de vidro. A maioria delas não se move. Observe as imagens de diatomáceas do microscópio composto e do MEV.
6 Descreva as características visíveis das diatomáceas.
Parte D: parasitas
Algumas espécies protoctistas vivem como parasitas no corpo de hospedeiros. Observe as célu-las de “Giárdias” e “Tripanossomo” selecionando esses nomes no seletor de espécies e examinando as micrografias disponíveis.
7 Com base nas micrografias e em suas observações referentes à Parte B, indique como se movem os indivíduos dessas espécies.
Parte E: da vida unicelular à multicelular
Clique em “Mofo limoso celular” no seletor de espécies. Apesar do nome, o mofo limoso não é um fungo, mas uma espécie de protoctista que passa por várias fases de vida. Em uma delas, células individuais parecidas com amebas vivem no solo. Em condições propícias, essas células juntam-se para formar um corpo frutífero multicelular.
8 Com base na escala de tamanho indicada nas micrografias, o corpo frutífero de um mofo limoso é uma estrutura de escala milimétrica, micrométrica ou nanométrica? Como o tamanho de um corpo frutífero se compara com o das células observadas anteriormente?
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Os cientistas costumavam classificar protoctistas dividindo-os em grupos de assemelhados a fungos, a plantas e a animais. No entanto, novas pesquisas, incluindo a análise molecular de nível ge-nômico, mostraram que esse sistema tradicional não representa fielmente a diversidade protoctista.
9 Das espécies que você observou, qual é a mais difícil de classificar como assemelhada a fungos, a plantas e a animais? Explique seu raciocínio.
