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Origem da vida, teorias da evoluo e evidncias do processo evolutivo.

Bethnia Alves de Avelar Freitas

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-Teoria da gerao espontnea (Abiognese)- Teoria da biognese- Evoluo Qumica- As primeiras clulas-Fontes alternativas de compostos orgnicos - Bactrias fotossintetizantes- Clulas procariontes-Diviso dos organismos em grandes grupos- Teorias que explicam evoluo das espcies- Evidncias evolutivas: fsseis, anatomia comparada, rgos

vestigiais, embriologia comparada.- Estudos de filognese-Alteraes gnicas cruciais na evoluo.

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Gerao espontnea

At metade do sculo XIX muitos cientistas e filsofos acreditavam que algumasformas de vida poderiam aparecer espontaneamente da matria morta.Demonstrao: carnes em decomposio geravam vermes.

www.harbra.com.br/Portal-Professor/saladeaula

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Gerao espontneaCrticos da gerao

espontnea:Francisco Redi 1668

http://commons.wikimedia.org/wiki/Fi le:Redi_Francesco_

Experimento com garrafas lacradas e garrafas abertas

Ar fresco era necessrio para gerao espontnea

Antagonistas

www.harbra.com.br/Portal-Professor/saladeaula 4

Gerao espontneaCrticos da gerao

espontnea:Francisco Redi 1668

http://commons.wikimedia.org/wiki/Fi le:Redi_Francesco_

Experimento com garrafas cobertas com um rede e

garrafas abertas

Muitos cientistas ainda acreditavam que animculos simples poderiam ser gerados a

partir de matrias no vivas

www.harbra.com.br/Portal-Professor/saladeaula

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O que seriam animculos?

http://www.vanleeuwenhoek.com/

Antoni van Leeuwenhoek fez desenhos sobre animculos que ele via pelo seu modesto microscpio de uma nica lente. Provavelmente

bactrias e protozorios.

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A favor da gerao espontnea: John

Needhma1774

http://spontaneous-generation.wikispaces.com

Aqueceu caldos (galinha ou milho)

Posteriormente colocou em frascos cobertos

Gerao espontnea

Fervura

http://biologiaygeologia.org/unidadbio/a_cmc/u4/Unidad%204f/page_05.htm

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Gerao espontneaCrticos da gerao

espontnea:Lazaro Spallanzani

1765

http://spontaneous-generation.wikispaces.com

Needham deixou garrafas abertas foram

contaminadas por microorganismos

Needham respondeu que garrafas fechadas mantinham a fora vital fora do frasco

http://biologiaygeologia.org/unidadbio/a_cmc/u4/Unidad%204f/page_05.htm 8

Teoria da biogneseTeoria da

biognese:Luis Pasteur1861

Pescoo longo

Pasteur forneceu evidncias de que os microrganismos no podem originar-se de foras

msticas presentes nos materiais no vivos.

www.harbra.com.br/Portal-Professor/saladeaula9

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Gerao espontnea

Cientistas acreditam que gerao espontneatenha ocorrido na Terra primitiva, masconcordam que isso no acontece sob ascondies ambientais atuais.

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Condies ambientais

Admiti-se que o processo evolutivo que originou as clulas comeou na terraa aproximadamente 4 e meio bilhes de anos.

4,5 bilhes de anos

3,5 bilhes de anos

Dias atuais

Evoluo Qumica

A superfcie da terra estaria coberta por grande quantidade de gua,dispostos em grandes oceanos e lagos.

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Condies ambientais

Caldo Primordial

Massa rica em molculas inorgnicas. CO2, N2, NH3, CH4

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Condies ambientais

Calor Radiao ultra violeta Descargas eltricas

Molculas dissolvidas no caldo se combinaram e formaram primeiros compostos orgnicos.

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Essa hiptese foi testada por Stanley Miller (1953) .

Condies ambientais

http://www.icnvcg.com.br/geral14

Condies ambientais

Mistura de gases supostamenteexistente na terra pr-bitica(NH3, CH4, H2O e H2).

A fase lquida: Compostosorgnicos - aminocidos,cidos orgnicos, aldedose cido ciandrico.

Experimentos j mostraram que RNA pode ser formado

sob estas condies.15

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Acmulo de carbono e formao de biomolculas foi favorecido trs circunstncias

Enorme extenso da Terra, com grande variedade de nichosonde molculas foram mantidas prximas.

Tempo, bilhes de anos (perodo em que ocorreu a sntesepre-bitica no caldo primordial).

Ausncia do oxignio na atmosfera Assim molculasneoformadas no foram destrudas por oxidao.

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RNAs podem ter sido os primeiros genes e catalizadores

Sopa pr bitica

Produo de molculas de RNA curtas e com sequncias aleatrias

Replicao de RNA auto-duplicantes

Sntese de peptdeos especficos, catalisadas por RNA

Peptdeos poderiam comear a participar da replicao do RNA e de protenas

Sistema de traduo primitiva se desenvolve, com genoma de RNA e catalisadores RNA e protenas

RNA genmico copiado em DNA

Que funo de conservar informao gentica 17

Na competio por nucleotdeos RNA mais eficientes em autorreplicaoganhariam e os menos eficientes se extinguiriam.

DNA assume funo de conservar informao gentica e RNA evoluiu para exercer seu papel na sntese protica.

RNAs podem ter sido os primeiros genes e catalizadores

RNA catalizador de sua prpria formao,Aumentando exponencialmente.

Fidelidade da replicao Gerou variantes do RNA

Surgem molculas DNA

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Camadas impermeveis Compostos similares a lipdeos presentes na sopa primordial formaram

camadas relativamente impermeveis ao redor da coleo de molculas.

Oparin props sua teoria em 1924, mas seu artigo no chegou ao ocidenteat os anos 1930; J. B. S. Haldane, um bioqumico, props, de formaindependente, uma teoria semelhante, em 1929.

A concentrao de protenas e cidos nuclicos dentro destes envoltrioslipdicos favoreceu as interaes moleculares necessrias paraautorreplicao.

http://dja lmasantos.wordpress.com/2012/02/24/testes-sobre-a-origem-da-vida-33/http://pt.wikipedia.org/wiki/Lipossoma19

razovel supor que:

Agregados de RNA, DNA e protenas envoltos por

bicamada de fosfolipdios

Origem s primeiras clulas simples, procariontes,

heterotrficas.

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4,5 bilhes de anos

3,5 bilhes de anos

Dias atuais

Encontrados na Groelndia formas decarbono incrustadas em rochas que parecemter uma origem biolgica datadas de 3,85bilhes de anos.

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A primeira clula provavelmente usou combustveis inorgnicos

A clulas primitivas surgiram na ausncia deOxignio.

Provavelmente obtiveram energia de compostosinorgnicos tais como sulfeto ferroso e carbonatoferroso.

Os compostos orgnicos podem ter surgido de aesno biolgicas sobre componentes atmosfricos(condies ambientais).

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Fonte alternativa de compostos orgnicos

Fonte alternativa de compostos orgnicos tem sido proposta: o espao extraterrestre.

Em 2006 uma misso espacial Stardust (poeira estelar) trouxe finas partculas de poeira da cauda de um cometa; a poeira continha compostos orgnicos.

http://hypescience.com/foto-espacial-poeira-estelar-em-aries/

23

Os resultados cientficos at hoje alcanadostransferem Terra os mecanismos responsveis pelaorigem e evoluo da vida conforme definida econhecida.

A hiptese cientfica aceita atualmente atrela-se abiognese qumica terrestre da vida.

Pansgermia

Hiptese: vida foi trazia Terra do espao.

Existem pesquisas em busca de vida extraterrestre

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Essas primeiras clulas eram procariontes, heterotrficas eanaerbias.

Organismos quimiotrficos podiam oxidar compostospassando eltrons para aceptores com SO42-.

Processo evolutivo interrompido.

A primeira clula provavelmente usou combustveis inorgnicos

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Evoluo na terra dependeu do aparecimentodas primeiras clulas autotrficas, capazes desintetizar molculas complexas a partir desubstncias simples com energia solar.

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Acredita-se que a fotossntese primitiva utilizava H2S (sulfeto de hidrognio) ao invs de H2O (hoje algumas bactrias, as sulfobactrias, utilizam esse mecanismo) para reagir com o CO2.

Primeira forma de Fixao de CO2

CO2 + H2S + energia luminosa acar + S2 + H2O

CO2 + H2O + energia luminosa acar + O2 + H2O

- H pouco menos de 3 bilhes de anos surgiram bactrias fotossintticas capazes

de usar a gua.

Evoluo na Terra Clulas autotrficas

Doador de eltrons

Doador de eltrons

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Evoluo na Terra Clulas autotrficas

Esse novo tipo celular, provavelmenteseria semelhante s algas azuis,cianofceas.

Esse processo ocorreu graas aoaparecimento de pigmentos, que captamradiaes solares do sol, utilizando suaenergia.

http://www.mundoeducacao.com.br/biologia/cianoficeas.htm

28

Bactrias fotossintetizantes

Um oxidante poderoso e txico para organismos anaerbicos.

Respondendo a presso evolutiva surgiram alguns organismosaerbicos. Transferindo eltrons de molculas de combustvelao oxignio.

Organismos aerbicos tiveram vantagem energtica naevoluo.

surgimento de bactrias fotossintticas

atmosfera se tornou progressivamente rica em

oxignio

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Gs oxignio difundiu Raios ultra violeta tomos de oxignio Formao do oznio (O3).

Deste modo formou-se a camada de oznio que temgrande capacidade de absorver os raios ultravioletas.

Atmosfera rica em oxignio

http://sucessoabsoluto.com.br/profiles/blogs/a-verdade-sobre-os-buracos-na-camada-de-oz-nio

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Passo evolutivo

O passo seguinte no processo evolutivo depoisdas clulas procariontes autotrficas foi oaparecimento das clulas eucariontes.

Elaborado sistema de membranas

Invaginaes damembrana plasmtica

31

Junqueiae Carneiro 2005 32

Separao molecular e funcional aumenta aeficincia dos processos celulares.

Membranas internas criam compartimentos.

http://noticiassobrelaciencia.blogspot.com.br/

Interiorizao das membranas Separao molecular

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Mudanas principais

Clula eucarionte Clula procarionte

-Desenvolvimento do sistema de membranas .

-Clulas adquiriram mais DNA, mecanismos para dobragem, estabilizao e replicao mais elaborados.

-Desenvolvimento do citoesqueleto.

-Englobamento de bactrias aerbicas e bactrias fotossntticas - endossimbiose

34

Englobamento de bactrias -Endossimbiose

Mitocndria e Cloroplastos Organela envolvidas em transformaes energticas.

Clulas procariontes fotossintticas

http://noticiassobrelaciencia.blogspot.com.br/

Junqueira e Careniro, 2005

35

Endossimbiose

Evidncias:- Mitocndrias e cloroplastos possuem um genoma de DNA

circular, como o das bactrias;

- Essas organelas possuem duas membranas sendo umasemelhante s membranas bacterianas enquanto a externaassemelham-se membrana das clulas eucarionteshospedeiras.

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Assim foram formadas clulas eucariontes

http://noticiassobrelaciencia.blogspot.com.br/37

Marcos da evoluo da vida na terra

4.5 Formao da Terra

4.0 Formao dos oceanos e continentes

3.5 Surgimento de bactrias sulfdricas fotossintticas

3.0 Surgimento de cianobactriasfotossintticas produtoras de O2

2.5 Surgimento de bactrias aerbias

1.5 De protistas primeiros eucariontes

1.0 Surgimento de endossimbiose

0.5 Diversificao de eucariontes multicelulares

Bilh

es d

e an

os a

trs

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Para estudar os seres vivos importante agrup-los

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Padres celulares e os grandes grupos de seres vivos

Sistema mais antigo, criado por Lineu, divide os seres vivos em apenas dois reinos.

hetertrofos, que se alimentampor ingesto, exceto osparasitas, que se nutrem porosmose

No reino vegetal estavam includosos organismos fotossintetizantes,englobando as plantas, bactrias efungos.

Inconvenientes

http://www.notapositiva.com/pt/trbestbs/biologia/11_observ_bacterias_vinagre.htm40

Agrupando seres vivos em cinco reinosGstrula

Procariontes

Eucariontes, vida livre ou coloniais

Inclui algas clorofceas e demais vegetais

Junqueira e Carneiro, 2005 41

Fungi nem animal nem vegetal:

-No possuem clorofila nem quaisquer outro pigmento fotossintetizante.

-No formam tecidos verdadeiros.

-No possuem parede de celulose (caractersticas de vegetais), mas sim de quitina (caractersticas dos animais)

-No armazenam amido (reserva nutritiva dos vegetais), reservam glicognio (reserva nutritiva dos animais).

Junqueira e Carneiro, 2005

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Como a partir de clulas procariontes ancestrais teria ocorrido toda a

evoluo dos seres vivos?

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Evoluo

A evoluo o processo de mudana dosorganismos atravs do tempo, fazendoque os organismos atuais sejamdiferentes dos iniciais.

44

Teorias que explicam evoluo das espcies

Idia fixista x idia transformista

Admite que as espcies se modificam ao longo do tempo, emresposta a diferentes presses do meio ambiente.

Os principais adeptos dessa idia foram Lamarck (naturalistafrancs) e Darwin (naturalista ingls).

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Lamarck Darwin

http://hypescience.com

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Lamarck

As mudanas ocorridas no meio trazem anecessidade de adaptao, para isso osindivduos sofreriam modificaes parapoderem sobreviver s novas condies.

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Lamarck

Lei do uso e desuso Lei da herana dos caracteres adquiridos

http://hypescience.com

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Lamarck

Mudanasambientais

Necessidadede adaptao

Modificaesnos indivduos

O meio provoca mudanas dirigidas nos indivduos, visando a adaptao.

A gentica mendeliana, redescoberta no incio do sculo XX, veio refutar a hereditariedade lamarquiana.

49

Darwin

Teoria da seleo natura

Os indivduos de uma populao apresentamvariabilidade de caractersticas.

Os indivduos com caractersticas vantajosastendem a sobreviver e se reproduzir,transmitindo suas caractersticas aos seusdescendentes.

http://hypescience.com/teria-darwin

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Darwin

Mudanasambientais

Variabilidade Seleo decaractersticas

vantajosas

O meio seleciona caractersticas casuais dos seres vivos, visando a adaptao da populao.

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Exemplo da Girafa

LamarckAlterao ambiental diminuio da vegetao rasteira

http://www.simbiotica.org/teorias.htm52

Darwin

Exemplo da Girafa

Alterao ambiental diminuio da vegetao rasteira

http://www.simbiotica.org/teorias.htm53

Neodarwinismo

Associao da teoria darwinista aos conceitos de gentica. Explica a variabilidade gentica (mutaes e recombinao

gentica).

Mutao

RecombinaoGentica

Variabilidade Adaptao

SeleoNatural

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Postulados do Neodarwinismo

A seleo natural de mutaes benficas umimportante fator de evoluo, mas apenas um dos vrios factores essenciais.

Os resultados estudos de comparaogenmica no deixam dvidas do ancestralcomum de todas as formas de vida celularesmodernos.

55

Evidncias evolutivas Fsseis- So restos ou vestgios de seres.- Uma sucesso de animais e plantas tambm pode ser vista no registro

fssil.- Permite estabelecer ligaes entre diferentes grupos de seres vivos, e

sequncias no processo evolutivo.

Rochas antigasfsseis apresentam poucos tipos deorganismos fossilizados, e todos eles tm umaestrutura simples,

Rochas mais recentes contm uma grande variedade de fsseis,freqentemente com um aumento nacomplexidade de suas estruturas.

56

Fsseis

Rochas sedimentares so formadas por camadas, uma sobre o topo daoutra; deste modo, a rocha resultante desse processo contm uma serie decamadas horizontais, ou estratos. Cada camada contem fsseis que sotpicos para o perodo de tempo durante o qual eles se formaram.

http://www.brasilescola.com/geografia/os-fosseis.htm

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Anatomia comparada

rgos homlogos: mesma origemembrionria, mas podem ter funesdiferentes

rgos homlogos

http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php 58

rgos vestigiais rgos atrofiados e sem funo em determinados

organismos, mas que correspondem a rgos desenvolvidos efuncionais em outros organismos

Ex: apndice

Estudos indicam que auxilia o povoamento de bactrias no clon

http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php59

Embriologia Comparada

O estudo comparado da embriologia de diversos vertebradosmostra a grande semelhana de padro de desenvolvimentoinicial.

embrio se desenvolvesurgem caractersticas

individualizantes

as semelhanas diminuem

Quando mais diferentes so os organismos, menor o perodo embrionrio comum entre eles.

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http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php 61

Indivduos se adaptam

Irradiao adaptativa

Indivduos com alto grau de parentesco apresentam aspectos diferentes por explorarem ambientes diferentes.

http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php62

Convergncia adaptativa

Indivduos se adaptam

Indivduos com pouco grau de parentesco apresentam aspectos semelhantes porexplorarem o mesmo ambiente

http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Seresvivos/Ciencias/bioevolucao2.php

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Anatomia molecular revela relaes evolutivas

A sequncia do genoma (40 arquiobactrias e para um nmero crescentede organismos eucariticos).

Com tais sequncias em mos uma comparao detalhada e quantitativaentre as espcies pode fornecer viso profunda do processo evolutivo.

Estruturas e mecanismos moleculares so muitosimilares desde organismos mais simples aos maiscomplexos.

http://www.dhnet.org.br/direitos/novosdireitos/genoma/index.htm

64

Anatomia molecular revela relaes evolutivas

A diferena de sequncia entre genes homlogos podem ser tomadascomo medida aproximada do grau em que duas espcies divergiram nocurso da evoluo.

Quanto maior o nmero de sequncias diferentes, mais antiga adivergncia na histria evolutiva.

http://www.dhnet.org.br/direitos/novosdireitos/genoma/index.htm

65

Estudos de Filognese

Evoluo molecular das clulas parece ser a melhormaneira de explicar as origens das clulasatualmente existentes e desvendar caractersticasdas clulas primordiais.

Que apareceram h cerca de 3,5 bilhes de anos eso precursoras das clulas atuais.

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Anlise de diversos tipo de molculas

Esses estudos podem ser feitos atravs de diversos tipos de molculas:

- Sequncia de aminocidos nas protenas,- Sequncia de nucleotdeos no cidos nuclicos,- Presena e ausncia de enzimas importantes para o

metabolismo dos organismos.

Pesquisadores observaram que anlise da sequnciade nucleotdeos do RNA dos ribossomos uma boa

maneira de se estudar filognese.

67

Todas as clulas possuem ribossomos e seu RNA muito constante servindo como relgio molecular.

Distncia evolutiva entre organismos pode ser detectada pelas pequenas diferenas no rRNA.

68

Estudos de filogentica

Pesquisadores concluram que clula procarionteancestral universal se ramificou dando origem aosdomnios rquea e Bactria.

Paredes celulares sem proteoglicanas, produzem gs metano.

Bactrias (tambm denominado eubactrias).

Junqueira e Carneiro, 200569

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rquea, Bactcia e Eucaria se divergiram cedo na linha evolutiva

70

ALBERTS et al., 2011

Como genes e genomas evoluem?

Evoluo um retificador Evoluo no um inventor

No h nenhum mecanismo para fazer longos trechos de uma nova sequncia nucleotdica.

Nesse sentido nenhum genoma inteiramente novo.

Efeito acumulativo Mudana radical

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Tipos de alteraes cruciais na evoluo

Conceito - Gene

Dentro da gentica moderna, o gene uma sequncia de nucleotdeos do DNA que pode ser transcrita em uma verso

de RNA72

ALBERTS et al., 2011

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Tipos de alteraes cruciais na evoluo

Mutao intragnica

Podem ser alteraes em um nico nucleotdeo (deletado ou duplicado)

Alteram sntese da protena

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ALBERTS et al., 2011

Tipos de alteraes cruciais na evoluo

Mutao dentro da sequncia regulatria de um gene.

Sequncias regulatrias so utilizadas para ativar ou desativar genes

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ALBERTS et al., 2011

Tipos de alteraes cruciais na evoluo

Duplicao gnica

Nas clulas filhas genes duplicados podem sofrer mutaes e assumir funes distintas.

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ALBERTS et al., 2011

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Tipos de alteraes cruciais na evoluo

Embaralhamento de xons - forma genes hbridos

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ALBERTS et al., 2011

Tipos de alteraes cruciais na evoluo

Transferncia horizontal de genes raro em eucariontes

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ALBERTS et al., 2011

Transferncia horizontal

Pilo sexual

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ALBERTS et al., 2011

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Organismos que se reproduzem sexualmente, apenasmodificaes na linhagem germinativa so passadaspara a prognie

No so transmitidas alteraes de clulas somticas79

http://www.infoescola.com/citologia/meiose/

Mutaes em bactrias

Alta taxa de mutao Se dividem a cada 20-25 minutos Mutaes podem conferir vantagens seletivas

80http://osdesastres.blogspot.com.br/2011/06/surto-da-bacteria-

ecol i-nao-deve-chegar.html

Anlise de mutaes em laboratrio

81ALBERTS et al., 2011

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Duplicaes de genomas inteiros tm moldado a histria evolutiva de muitas espcies

Espcies de rs Xenopus, compreende conjunto de espcies semelhantes,relacionadas umas com as outras por duplicaes ou triplicaes dogenoma.

Rodada de duplicao do DNA

da linhagem germinativa

Diviso celular

Duplicao acidental ser transmitida s clulas germinativas e clulas filhas

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Duplicaes de genomas inteiros tm moldado a histria evolutiva de muitas espcies

83ALBERTS et al., 2011

Mutaes geraram diferentes organismos

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ALBERTS et al., 2011

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Referncias KOONIN E.V. Towards a postmodern synthesis of evolutionary biology. Cell Cycle. 2009, 15;8(6):799-

800.

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DAMINELI, A., DAMINELI, D.S.C. Origens da vida. Estud. av., So Paulo, v. 21, n. 59, 2007.

TORTORA, G.J., FUNKE, B.R., CASE, C.L. Microbiologia. 8 ed. Porto Alegre, Artemed, 2005.

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ALBERTS, B. (et al). Fundamentos de Biologia Celular. 3 ed. Porto Alegre Artmed, 2011.

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