2 Biologia para Leigos

vivos precisam fazer para sobreviver (por exemplo, comer, respirar e assim por diante). Depois, sobre cada aspecto relacionado à sobrevivên-cia, dou informações que se aplicam às plantas e aos animais (e, sim, os humanos são animais). Além de organizar o texto dessa maneia, que eu espero que facilite o entendimento sobre o funcionamento dos organis-mos, complementei o texto com muitas tabelas e ilustrações para tornar as informações mais visuais. Os ícones fornecem informações extras ou explicações extras para ajudá-lo também a entender e aumentar o seu conhecimento. Embora este livro foque principalmente nas plantas e nos animais, são dadas informações sobre microorganismos (bactérias, vírus, fungos) sempre que conveniente. As informações dos apêndices também são dirigidas para aumentar a sua compreensão sobre a biologia. No texto você verá poucos nomes de gêneros e espécies. Em vez disso, para aque-les interessados em taxonomia, o Apêndice A lista os nomes dos gêneros e espécies de plantas e animais comuns.

O Que Você Não LeráNão se sinta obrigado a ler cada palavra que eu escrevi. Os artigos (textos em cinza), por exemplo, servem para complementar as informações do texto. Eles não precisam ser lidos e não são essenciais para a sua com-preensão do restante do material no capítulo.

Suposições TolasSuponho que você seja uma dessas três pessoas:

Um aluno do ensino médio se preparando para realizar um teste em nível avançado ou um exame para entrar na faculdade

Um aluno de faculdade tentando entender ou revisar a grande quan-tidade de materiais que você aprendeu durante os seus cursos

Um adulto fazendo um curso de biologia, pensando em fazer um curso de biologia ou tentando entrar em um curso

É claro, você pode ser simplesmente um organismo vivo que tem paixão pelo conhecimento. Você pode ser o dono orgulhoso de um corpo em fun-cionamento que quer somente saber como você se relaciona com outros organismos nesse mundo. Talvez você tenha sido uma daquelas crianças que pegava insetos, colocava em um pote e olhava para eles até sentir que explorou cada parte do seu corpo. Talvez você ainda faça isso! Talvez você simplesmente ame explorar a natureza e fique maravilhado com a maneira que os humanos e outros animais funcionam. Talvez você queira somente saber mais. Seja qual for o motivo que o levou a escolher esse livro, eu fiz o melhor para explicar os tópicos da biologia de maneira simples e eficaz. Espero que funcione para você.

3Introdução

Como Este Livro Está OrganizadoVeja aqui um “mapa” rápido sobre quais assuntos estão no livro. O livro está separado pelas necessidades básicas dos seres vivos: obtenção de alimento, conversão do alimento em energia utilizável, eliminação de resíduos, reprodução e desenvolvimento e a vida entre outros organismos. Organismos inteiros e células individuais têm necessidades básicas. Mui-tos dos capítulos apresentam informações em nível celular, mas eu tenho motivos para isso: Todo organismo vivo é composto de muitas células, mas se você aprender o que acontece somente em uma célula, você terá uma compreensão muito boa do que acontece em todo o organismo. Por exemplo, como um organismo inteiro, cada célula deve adquirir energia, usá-la para manter a saúde, livrar-se do resíduo produzido usando a ener-gia e reproduzir. Cada célula também deve sobreviver em um “mundo” (para a célula, o corpo em que ela vive é o seu mundo) cheio de varieda-des de células e organismos.

Parte I: Princípios Básicos da Biologia: Organizando a VidaA biologia é o estudo da vida, mas como eu estou certa de que você já sabe, a vida é complexa. Para simplificar, dividi tudo o que envolve a biologia em partes menores, mais agradáveis. Para começar, há uma explicação sobre a maneira que a biologia é estudada. O método científico não diz respeito somente à biologia, mas também à química, à psicologia, à física, à geologia, etc. Saber a maneira que a pesquisa é feita e refeita, desafiada, verificada e verificada novamente facilita a aceitação dos fatos como fatos e não como teorias.

Em seguida, eu destaco a unidade básica da vida: a célula. Cada organis-mo, seja ele um humano, um cão, uma flor, uma bactéria na garganta infla-mada ou uma ameba, tem pelo menos uma célula; a maioria tem milhões delas. A célula é uma fábrica minúscula dentro de si mesma: ela absorve suprimentos (nutrientes), produz energia, elimina os resíduos e produz materiais (como os hormônios) que são usados em todos os lugares. O corpo do organismo pode então ser considerado a “nação industrializada” cheia de “cidades” (órgãos) contendo “fábricas” (células) criando produ-tos diferentes para serem distribuídos por todo o país.

Depois que você entender como as células são as estações de energia do corpo, eu faço uma revisão dos tipos de moléculas que são importantes para o seu funcionamento. Os alimentos são compostos de carboidratos, proteínas e gorduras: Cada um deles é explicado. Você descobrirá como cada uma dessas moléculas é digerida, usada e armazenada, assim como o que ela faz para o corpo.

4 Biologia para Leigos

Inclui também nessa primeira parte uma revisão em geral temida, mas muito necessária de química básica. O homem separou a ciência em áreas de matérias, como biologia, química e física, mas a Mãe Natureza diz que todas elas funcionam em conjunto e às vezes os limites são ultrapassados. Para aprender biologia, você deve compreender alguns princípios básicos do funcionamento das substâncias químicas. Finalmente, o seu corpo e os corpos de qualquer outro organismo vivo são grandes reservatórios de substâncias químicas. Todo processo que ocorre em seu corpo é gerado por reações químicas. Portanto, a química é muitíssimo essencial para compreender esses processos biológicos.

Parte II: Os Seres Vivos Precisam de EnergiaEsta parte começa com o grupo de capítulos dividido em quatro partes que explica os princípios básicos de sobrevivência. A Parte II explica que todos os seres vivos precisam de energia. Os seres humanos adquirem energia comendo. As plantas adquirem energia absorvendo nutrientes do solo e usando a luz do sol. Depois disso, você verá que a maneira que as plantas e os animais utilizam energia é muito semelhante. Os nutrientes são divididos em partes cada vez menores até que possam ser transpor-tados através do sistema circulatório de um animal ou através do talo de uma planta e pelas veias de uma folha em células individuais. Cada célula do organismo absorve os nutrientes e os usa nos processos necessários para o funcionamento adequado, manutenção da saúde e para a produção de quaisquer substâncias compostas pelas células.

Parte III: Os Seres Vivos Precisam MetabolizarEsta parte explica os processos metabólicos que ocorrem nas plantas e nos animais. Você entrará na troca de gás, eliminação de resíduos e coisas como enzimas, hormônios, transmissão de impulsos nervosos e como os músculos (e, portanto partes do corpo) se movimentam – todas as coisas que requerem íons e substâncias químicas.

Parte IV: Vamos Falar de Sexo e de BebêsSexo. Dizem que a palavra sexo realmente chama a atenção das pessoas. Bem, espero que tenha chamado à sua. Os métodos de reprodução sexua-da e assexuada e os princípios básicos da genética são explicados nesses capítulos. Finalmente, na vida real, a genética segue imediatamente o pri-meiro passo na reprodução – a fertilização. E, se a reprodução não tivesse ocorrido quando a vida começou com aquela primeira célula bilhões de anos atrás, o mundo seria um lugar totalmente diferente hoje.

10 Parte I: Princípios Básicos da Biologia: Organizando a Vida

A Ciência em Ação: Novas Informações, Notícias Conflitantes

Quando a mídia relata descobertas conflitantes, isso pode ser um agra-vante. Afinal, um dia a margarina é melhor para o seu nível de colesterol, e depois no dia seguinte, a margarina produz ácidos graxos prejudiciais que contribuem à doença cardíaca. Porém, quando você ouve essas novas notícias, você está testemunhando a ciência em ação. Por exemplo, anos atrás, quando os cientistas concluíram que os níveis de colesterol con-tribuíam para a doença cardíaca, eles determinaram corretamente que um produto criado a partir do óleo vegetal em vez da gordura animal – a margarina – era uma escolha mais saudável se você estivesse tentando diminuir o nível do seu colesterol.

Mas os cientistas não deixam as coisas para lá. Eles continuam se preocu-pando, questionando e ponderando. Eles são pessoas curiosas. Por isso eles continuam a pesquisar a margarina. E, recentemente, eles descobri-ram que quando a margarina é absorvida, ela libera ácidos transgordurosos (ver o Capítulo 4), que descobriram ser prejudiciais para o coração e para os vasos sanguíneos. Sim, isso torna a sua decisão no mercado um pouco mais dura, mas agradeça porque a base do conhecimento está mais ampla. As informações científicas estão se desenvolvendo continuamente, assim como os cientistas que as estão reunindo.

Relacionando as Áreas da Biologia: A Linguagem da Biologia

Quem são exatamente aqueles caras curiosos explorando os mistérios da vida? Embora sejam todos cientistas, normalmente eles são conhecidos por seus nomes especializados. A Figura 1-1 mostra vários prefixos e sufi-xos diferentes usados na Biologia.

Esses prefixos e sufixos podem ajudá-lo a compreender muitos dos termos da biologia e também podem ajudá-lo a entender o que as pessoas nessas subespecialidades fazem. Por exemplo, hemato- é o prefixo que significa “sangue”. Portanto, um hematologista é um cientista que estuda o sangue (e hematócrito é uma medida para as células sanguíneas).

Compreender qual é o foco de cada subespecialidade o ajudará a relacio-nar as diferentes áreas no grande guarda-chuva da biologia e lhe dá uma visão mais ampla. Por exemplo, se você tiver uma infecção na corrente sanguínea, um hematologista poderá ajudá-lo. Porém, o hematologista pode precisar trabalhar com um imunologista (“imuno” se refere ao sis-tema imunológico) e um microbiologista (“micro” e “bio” se referem aos

12 Parte I: Princípios Básicos da Biologia: Organizando a Vida

Os cientistas raramente trabalham sozinhos. Um cientista empresarial deve manter os objetivos da empresa em mente e trabalhar com outros a fim de reunir informações relacionadas a esses objetivos. Depois que as informações são reunidas (através de experimentos e leituras de outros estudos do campo), os casos devem ser apresentados. Os cientistas lêem muito e escrevem com frequência. Participam de conferências para falar com outros cientistas em seus campos e tentam desenvolver produtos ou serviços, como um teste, que suas empresas possam vender. Eles devem registrar as informações financeiras (afinal, a ciência é um negócio) e, às vezes, devem lidar com questões pessoais e gerenciar pessoas em sua equipe de pesquisas. Eles devem escrever propostas e tentar obter conces-sões ou fundos para pesquisa de outras fontes como capitalistas de risco. E, os cientistas também devem tomar cuidado com seus equipamentos, fazer limpeza e manutenção de rotina, assim como, às vezes, fazer reparos.

Cientistas universitáriosSe o cientista estiver trabalhando em uma universidade, ele ou ela pode fazer experimentos que são, pessoalmente, interessantes, mas muitos universitários têm objetivos de pesquisa, assim como as empresas. Os cientistas universitários realizam muitas das funções que os cientistas empresariais realizam, mas com menor inclinação aos lucros e com maior inclinação à geração de conhecimento (que pode então ser usada por ou vendida para um grande negócio). Além disso, os cientistas universitários devem dar aulas e publicar artigos em publicações de pesquisa. E eles devem participar de reuniões e conferências. Às vezes, eles escrevem ou revisam livros ou são contratados por empresas para fazer pesquisas.

EspecialistasÀs vezes, o “ologista” fica envolvido no cuidado dos seres vivos em vez de apenas no estudo deles. A natureza de seu trabalho é mais clínica – quer dizer, eles aplicam as informações que são reunidas em vez de somente focar em sua reunião. Geralmente, esses “ologistas” trabalham juntos. Por exemplo, um ecologista, que estuda a maneira que os organismos vivem em seus ambientes pode trabalhar junto com um microbiologista para me-lhorar a qualidade de um rio e os organismos que o chamam de habitat. Um embriologista, que estuda o desenvolvimento dos organismos a partir da concepção, pode trabalhar com um biólogo molecular, que estuda os organismos no nível celular e foca na genética, para tentar determinar a causa de um defeito congênito. Ou, um entomologista, que estuda os inse-tos, pode trabalhar com um patologista, que estuda as células e os tecidos anormais, para criar um pesticida que não cause o risco de câncer.

14 Parte I: Princípios Básicos da Biologia: Organizando a Vida

Os experimentos devem permitir o idêntico experimento porque as “res-postas” com que os cientistas obtiverem (sejam elas para sustentar ou refutar a hipótese original) não pode se tornar parte da base de conheci-mento, a não ser que outros cientistas possam realizar exatamente o(s) mesmo(s) experimento(s) e atingir o mesmo resultado; do contrário, o experimento será inútil, tornando quaisquer dados obtidos essencialmen-te inválidos.

Você deve estar se perguntando “Por que é inútil,”? Bem, existem coisas chamadas variáveis. Como é de se esperar, as variáveis variam: Elas mu-dam, diferem e não são iguais. Um experimento bem projetado precisa ter uma variável independente e uma variável dependente. A variável indepen-dente é o que o cientista manipula no experimento. A variável dependente muda com base na maneira que a variável independente é manipulada. Portanto, a variável dependente fornece os dados para o experimento.

Os experimentos devem conter os quatro passos a seguir para que sejam considerados uma “boa ciência.”

1. Um cientista deve guardar as informações registrando os dados.

Os dados devem ser apresentados visualmente, se possível, através de um gráfico ou de uma tabela.

2. Deve-se utilizar um controle.

Dessa forma, os resultados poderão ser comparados com algo.

3. As conclusões devem ser obtidas a partir dos resultados.

4. Os erros devem ser relatados.

Enquanto alguns cientistas suspeitam sobre algo e trabalham para provar ou refutar sua suspeita, um projeto mudou o paradigma da pesquisa guiada pela hipótese. O Projeto Genoma Humano teve cientistas traba-lhando diligentemente em laboratórios por todo o mundo para adquirirem dados sobre o genoma humano. O genoma humano é a coleção de todos os genes encontrados nos humanos, e os são genes que forne-cem informações sobre as características herdadas. O Projeto Genoma Humano foi direcionado a mapear o local em que uma característica específica é encontrada em

cada cromossomo humano. As característi-cas variam de coisas pequenas, como se a sua língua pode enrolar ou não, até coisas realmente importantes, como se você pode desenvolver câncer de mama ou fibrose cística. Ao descobrir onde os genes estão lo-calizados, os cientistas podem agora voltar a sua atenção ao uso das informações recém-descobertas para desenvolverem hipóteses sobre curas e terapias genéticas. Portanto, o Projeto Genoma Humano tem sido chamado de pesquisa para geração de hipóteses em vez de pesquisa guiada pela hipótese.

Nem toda ciência é guiada pela hipótese

15Capítulo 1: Como a Vida É Estudada

Veja um exemplo: Suponha que você queira saber se é possível correr mais rápido em uma maratona quando você come macarrão na noite anterior ou quando você toma café na manhã da corrida. Sua suposição é que você acha que ao comer macarrão você terá energia para correr mais rápido no dia seguinte. Uma hipótese adequada seria algo assim, “O período de tempo de uma maratona é melhor ao consumir grandes quantidades de carboi-dratos previamente à corrida.” A variável independente é o consumo de macarrão, e a variável dependente é a sua velocidade na corrida.

Pense assim: A velocidade em que você corre depende do macarrão, por-tanto a velocidade em que você corre é uma variável dependente. Agora, se você comer vários pratos de espaguete às 7 da noite antes da corrida, e levantar na manhã seguinte e tomar dois copos de café antes de ir para a linha de partida, o seu experimento será inútil.

Você deve estar se perguntando novamente “Por que é inútil?” Bem, ao tomar café, você introduz uma segunda variável independente, então você não saberá se o tempo mais rápido da corrida é devido à barriga cheia de macarrão ou à barriga cheia de café. Os experimentos só podem ter uma variável independente. Se você quiser saber o efeito da cafeína (ou do sono extra ou do treinamento aprimorado) no seu tempo de corrida, você teria que criar um segundo experimento (ou terceiro ou quarto). O segundo experimento teria a hipótese de que “Consumir cafeína na manhã de uma maratona de 26 milhas (41 km) melhora o tempo da corrida.” Se você quiser saber o efeito do treinamento aprimorado por seis meses antes de uma ma-ratona, você teria que criar um quarto experimento com a hipótese de que “Um período de seis meses de treinamento intensivo aprimorado melhora o tempo de corrida em uma maratona.” Deu para entender?

E, é claro, esses experimentos teriam que ser realizados muitas vezes por muitos corredores diferentes para demonstrar qualquer significância esta-tística válida. A significância estatística é uma medida matemática da validez de um experimento. Se um experimento for realizado repetidamente e os resultados estiverem dentro de uma margem próxima, então os resultados são significantes quando medidos utilizando o ramo da matemática chama-do estatística. Se os resultados estiverem espalhados, por assim dizer, eles não são significantes, pois não é possível gerar uma conclusão definida a partir dos dados.

Uma vez que um experimento é criado adequadamente, você pode come-çar a registrar as informações que você reunir através do experimento. No teste de um experimento, se comer macarrão na noite anterior à maratona melhora o tempo da corrida, suponha que você come um prato de espa-guete na noite anterior e depois bebe água na manhã da corrida. Você pode marcar os seus tempos a cada milha em uma rota de 26 milhas (41 km) para registrar as informações. Depois, na próxima maratona em que você correr (rapaz, você deve estar em ótima forma), você come somente carne na noi-te anterior à corrida, e toma três cafés expressos na manhã da corrida. Mais uma vez, você registraria os seus tempos a cada milha da rota.

Assim, o que fazer com as informações que você reunir durante os experi-mentos? Bem, você pode colocá-las em um gráfico para fazer uma compara-ção visual dos resultados a partir de dois ou mais experimentos. A variável

16 Parte I: Princípios Básicos da Biologia: Organizando a Vida

independente de cada experimento é colocada no eixo-x (a que passa horizontalmente), e a variável dependente é colocada no eixo-y (a que passa verticalmente. Ao comparar nos experimentos o tempo que levou para cor-rer a maratona depois de comer macarrão na noite anterior, dormir mais, tomar café ou seja qual for a outra variável independente que você possa querer experimentar, seriam marcadas as milhas de 1 a 26 milhas (41 km) no eixo y. O fator que não muda em todos os experimentos é que a marato-na tem 26 milhas (41 km) de distância. O tempo que levou para atingir cada milha seria colocado no eixo-x. Esse dado poderia variar com base no que o corredor alterou antes da corrida, como a dieta, o sono ou o treinamen-to. Você pode colocar diversas variáveis independentes no mesmo gráfico usando cores diferentes ou estilos diferentes de linhas. O seu gráfico pode ficar como na Figura 1-2.

Figura 1-2: Gráfico

mostrando o tempo em que

cada milha de uma

maratona foi atingida por um cor-

redor que consumiu macarrão

(linha com pontos em

branco), um corredor que con-

sumiu café (linha com

quadrados) e um cor-redor que

dormiu qua-tro horas a mais antes da corrida (linha com pontos em

preto).

Como você saberia se os tempos da sua corrida foram aprimorados por comer macarrão ou por beber café? Você teria que correr uma maratona sem comer macarrão na noite anterior ou sem beber café na manhã da

21

0

3456789

1011121314151617181920212223242526

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Milh

as d

a M

arat

ona

Tempo em que a milha foi alcançada (em minutos)

17Capítulo 1: Como a Vida É Estudada

corrida. (Ainda exausto?) Essa maratona seria o seu controle. Um controle é um grupo de valores de base com os quais você compara os dados de seus experimentos. Do contrário, você não teria ideia se os seus resulta-dos foram melhores, piores ou iguais.

Certo. Então, talvez tenha levado menos tempo para você atingir cada milha ao longo da rota da maratona depois da noite em que comeu ma-carrão, mas os tempos da corrida depois de beber café corresponderam aqueles do controle. Isso daria suporte a sua hipótese inicial, mas refuta-ria a sua segunda hipótese. Não há nada errado com estar errado, desde que as informações sejam úteis. Saber o que não funciona é tão importan-te quanto saber o que funciona.

Sua conclusão a esses dois experimentos seria algo assim: “Consumir ma-carrão na noite anterior de uma maratona de 26 milhas (41 km) melhora o tempo da corrida, mas o consumo da cafeína não possui efeito.”

Porém, em experimentos científicos você tem que confessar os seus erros. Essa confissão permite que outros cientistas saibam o que poderia estar afetando os seus resultados. Então, se eles escolherem repetir o experi-mento, eles podem buscar corrigir aqueles erros e fornecer informações benéficas adicionais para a base do conhecimento. No experimento macarrão-cafeína-corrida, se você tivesse consumido o macarrão na noite anterior e depois a cafeína na manhã da corrida, o seu principal erro seria o de incluir mais de uma variável independente.

No início de 1900, um pesquisador Russo cha-mado A.I. Ignatowski alimentou coelhos com uma dieta composta por leite e ovos. Ele desco-briu que as aortas dos coelhos desenvolveram o mesmo tipo de placas que são formadas nas pessoas com aterosclerose. Ignatowski não foi ignorante, mas ele supôs que a aterosclerose foi causada pelas proteínas do leite e dos ovos. Ele estava errado. Porém, um pesquisador mais jovem que estava trabalhando no mesmo departamento de patologia nesse tempo, um Russo chamado Nikolai Anichkov conhecia o trabalho de Ignatowski. Anichkov e alguns de seus colegas repetiram o estudo de Ignato-wski, exceto por separarem os coelhos em três grupos diferentes. O primeiro grupo recebeu um suplemento de líquido muscular, o segundo grupo foi alimentado somente com claras de ovo e o terceiro grupo foi alimentado somente pelas gemas do ovo. Somente os coelhos que comeram a gema do terceiro grupo desenvol-

veram placas em suas aortas. Os dois jovens pesquisadores repetiram o experimento, dessa vez analisando as placas ateroscleróticas para procurar quaisquer substâncias químicas con-centradas. Em 1913, Anichkov e seus colegas descobriram que o colesterol da gema do ovo era responsável pela criação de placas na aorta. E, embora a ligação entre o colesterol e a aterosclerose seja agora conhecida por aproximadamente 90 anos, as pessoas ainda estão comendo alimentos com alto nível de co-lesterol. Os ovos contêm dez vezes o colesterol de qualquer carne de vaca, peixe ou frango da mesma quantidade. E, as pessoas não somente comem os velhos ovos; elas também consomem muitos alimentos compostos por ovos – molhos, sopas, pão, alimentos assados, massas, sorvete e assim por diante. Talvez o erro de um homem seja o ponto inicial de outro para uma dieta melhor!

O erro de um homem é o ponto inicial de outro homem