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AULAS CARACTERÍSTICAS DOS SERES VIVOS Prof. Hércules Freitas Biologia

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AULAS – CARACTERÍSTICAS DOS SERES VIVOS

Prof. Hércules Freitas

Biologia

Erwin Schrödinger (1887 – 1961)

Erwin Schrödinger (1944): “...[vida é

aquilo que] resiste ao decaimento em

direção à desordem e o equilíbrio.”

Norman Horowitz (1959): “...caracteriza-

se por autorreplicação, mutabilidade e

troca de energia com o meio ambiente.”

Norman Horowitz (1915 – 2005)

Ernst Mayr (1982): “...não há uma

substância, um objeto ou uma força

especial que possa ser identificada à

vida.”

Ernst Mayr (1904 – 2005)

John Maynard (1986): “...entidades com

propriedades de multiplicação, variação

e hereditariedade são vivas.”

John Maynard Smith (1920 – 2004)

Jeffrey Wicken (1987): “...uma

hierarquia de unidades funcionais que,

através da evolução, têm adquirido a

habilidade de armazenar e processar a

informação necessária para sua própria

reprodução.”

Jeffrey Wicken (1942 – 2002)

Apesar da difícil classificação, a vida possui atributos em

comum. São propriedades compartilhadas pelo que Ernst

Mayr chama de “processo da vida”:

1. Composição química;

2. Organização;

3. Metabolismo;

4. Reação e movimento;

5. Crescimento e reprodução;

6. Hereditariedade;

7. Variabilidade genética;

8. Seleção natural;

9. Adaptação.

Chaminés hidrotermais abrigam fósseis dos

microrganismos mais antigos do planeta (cerca

de 4,2 bilhões de anos).

Fósforo

Phosphorus

Enxofre

Sulfur

Nitrogênio

Hidrogênio

1. Composição química

Carbono

Oxigênio

Composição química do universo:

~ 99 % hidrogênio

~ 1 % oxigênio + nitrogênio + carbono + fósforo

+ enxofre...

Composição química do ser humano:

~ 61 % hidrogênio

~ 23 % oxigênio

~ 11 % carbono

~ 2,4 % nitrogênio

~ 0,26 % fósforo + enxofre

~ 2 % outros elementos

2. Organização

2.1 Lilium bulbiferum ssp. 2.3 Saturnia pavonia

2.2 Malus domestica 2.4 Volvox 2.5 Rotavirus / Adenovirus / Norovirus / Astrovirus

A unidade fundamental da vida é a célula. Em geral,

classificamos os organismos como procariotos ou

eucariotos, onde procariotos são bactérias e arqueas,

e os eucariotos são protozoários, fungos, plantas e

animais. Bactérias, arqueas, protozoários, algumas

algas e fungos são unicelulares. Onde o vírus se

encontra nessa classificação?

3. Metabolismo

ANABOLISMO

Anabolismo é uma propriedade

do metabolismo, em seres vivos,

que garante a construção e

acúmulo de moléculas mais

complexas utilizados unidades

fundamentais. Por exemplo:

proteínas (PTN) são fabricadas

por reações anabólicas utilizando

aminoácidos (AA), ou seja, AA-

AA-AA-AA-AA-AA-AA-AA-AA-

AA-(...) = 1 PTN.

CATABOLISMO

Catabolismo é, também, uma

propriedade do metabolismo, seu

papel é desconstruir (“quebrar”)

ligações químicas para produzir

a energia utilizada em reações

anabólicas. Por exemplo: a

glicose é um açúcar consumido

por diversos organismos

fermentadores, que catabolizam

a molécula para produzir ácidos

ou álcool e energia química.

METABOLISMO significa “mudança”, “transformação”.

Ele é gerado por um balanço dinâmico entre reações

anabólicas e catabólicas na(s) célula(s) de um organismo

vivo.

Figura:

Grânulos de amido (formas

ovaladas) no interior de

células de uma batata

comum (Solanum tuberosum

L.). O amido é produzido por

meio de reações anabólicas, e

consumido em reações

catabólicas no organismo

vegetal.

4. Reação e movimento

“Vida é o que continua a se mover muito depois de quando deveria ter parado.”

Autor desconhecido

Todo organismo vivo possui alguma forma de REAGIR ao meio ambiente e

se MOVIMENTAR. Mesmo as espécies consideradas sésseis se movem muito

lentamente ou acabam se beneficiando do ambiente para se deslocar

(correntes, vento, transporte por outros organismos...).

5. Crescimento e reprodução Com exceção dos vírus, todos os organismos crescem por meio do acúmulo

de matéria orgânica gerada pelo metabolismo.

A reprodução dos seres vivos é, geralmente, dividida

entre duas modalidades:

• Reprodução assexuada (principal forma de

reprodução para bactérias, arqueas, algumas

plantas e fungos);

• Reprodução sexuada (realizada,

especialmente, por plantas e animais);

• Autofecundação (forma sexuada de

reprodução, indica união dos gametas

masculino e feminino de um próprio

indivíduo);

• Fecundação cruzada (forma sexuada de

reprodução, ocorre pela união dos

gametas de dois indivíduos parenteais).

JOVEM ADULTO

6. Hereditariedade

Figura:

Exemplos de hereditariedade no caso de uma

doença (hemofilia), mostrando famílias não

afetadas, afetadas por mutação e afetadas

por diversas combinações do genótipo

parental.

A hereditariedade é a capacidade de transmitir, para gerações

seguintes, as características (fenótipo) geradas pelo DNA (genótipo) do

indivíduo.

Na reprodução sexuada por fecundação cruzada, essa transmissão é

parcial, pois há combinação dos gametas de dois indivíduos distintos.

Gregor Michael Mendel desvendou parte

do mistério sobre os mecanismos da

hereditariedade. Seus trabalhos revelam

que existe uma relação de dominância na

passagem de informações hereditárias, e

que informações diferentes são segregadas

entre si.

7, 8 e 9. Variabilidade genética, seleção natural e adaptação

Charles Darwin

Alfred Wallace

Alguns ratos

são mais

predados

pelas aves

Ratos

reproduzem e

uma nova

geração surge

Durante a transmissão de caracteres hereditários, ou seja, HEREDITARIEDADE, ocorrem

pequenas variações no DNA do novo indivíduo. Essa VARIABILIDADE pode surgir com

combinação dos gametas (fecundação cruzada) e/ou por mutação gênica.

Um grupo de indivíduos sempre apresentará pequenas variações de fenótipo, tornando

alguns mais ADAPTADOS para sobreviver e reproduzir naquele ambiente.

Ao longo de muitas gerações, o indivíduo que sobrevive (melhor) é mais bem sucedido em

transmitir suas características para a próxima geração. Isso é SELEÇÃO NATURAL.

Caranguejos

Heike

O Japão do século XII era governado por um clã de guerreiros chamados Heike. Seu

imperador, por linha de sucessão, era um jovem de sete anos, chamado Antoku.

Seleção artificial

Em certo momento, os Heike foram invadidos por um exército rival, os Genji. A invasão

resultou em um conflito decisivo sobre as águas de Dan-no-Ura, mar do Japão.

Percebendo a derrota iminente, a guardiã e avó de Antoku, Lady Nii, o levou para um barco

e atirou-se no mar junto ao pequeno imperador.

Os poucos sobreviventes Heike, então, passaram a homenagear a memória do imperador

retornando ao mar os caranguejos cuja carapaça era semelhante à mascara cerimonial de

um guerreiro samurai.

Cerca de 900 anos depois, a tradição de preservar a vida dos caranguejos Heike (“carapaça-

de-samurai”) causou um fenômeno de SELEÇÃO ARTIFICAL, onde a população desses

indivíduos foi muito mais bem-sucedida que os caranguejos comuns.

Níveis de organização biológicaOs níveis de organização biológica são uma

disposição de fatores bióticos e abióticos envolvidos

com a sustentação da vida.

Hoje sabemos que o modelo padrão da física propõe

a existência de muitos outros elementos subatômicos

(quarks, glúons, léptons...).

Geralmente, consideramos a organização dos níveis

biológicos uma lista de aumento na complexidade

das estruturas que compõe ou contém a vida.

As disciplinas de astroquímica e astrobiologia se

preocupam com questões acerca da possibilidade de

vida “não-biosférica” (extraterrestre).

Origem da vida

Teoria da geração espontâneaA teoria da geração espontânea (ou teoria abiogênica) propunha que organismos vivos

podiam surgir (geração) de matéria não-viva (lama, pedras e outros materiais).

Aristóteles, Descartes e Isaac Newton foram apoiadores da teoria da geração espontânea.

Os primeiros experimentos para desafiar essa teoria foram propostos por Francesco Redi

(1626-1697). Veja uma ilustração de seu método experimental:

Insetos

e larvas

Insetos

e larvas

Pote aberto Pote selado Pote fechado com tela

Origem da vida

Teoria da geração espontânea

Apesar das diversas tentativas de refutar a geração

espontânea, seus proponentes acabavam por criar

novas hipóteses e proposições que sustentavam a

validade da teoria.

A descoberta da vida microscópica, com o auxílio da

descoberta de Leeuwenhoek, fez que que os

proponentes da geração espontânea apoiassem a

ideia de que apenas microrganismos fossem gerados

dessa maneira.

A demonstração mais convincente da inexistência de

geração espontânea vem de Louis Pasteur. Seu

experimento consistiu em colocar caldo nutritivo

(estéril) em um frasco com gargalo em “pescoço de

cisne”, que era capaz de filtrar microrganismos e

partículas do ambiente.

Ao demonstrar que nada crescia no caldo, mesmo

que o contato com o ar ambiente não fosse

interrompido, Pasteur finalmente refutou a teoria,

abrindo caminho para novas hipóteses sobre a

origem da vida.

Figura:

Frasco em “pescoço de cisne”. Note

como a curvatura do gargalo permite a

entrada de ar, mas bloqueia a

passagem de sólidos dispersos no ar

(mesmo microrganismos).

Origem

da vida

Teoria da

grande

expansão (ou

“big bang”)

Se imaginarmos os 13,8 bilhões de anos do universo como um calendário

anual (12 meses), nos levaria até agosto para que o sistema solar fosse

formado (~10,5 bilhões de anos).

Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro

A vida (unicelular) só vem a surgir

por volta de setembro/outubro.

Multicelulares, só em dezembro.

O mês de dezembro reflete a evolução dos anfíbios, répteis, a formação da Pangeia, surgimento de dinossauros,

plantas terrestres, mamíferos, pássaros, insetos, flores e eventos de extinção em massa. Somente ao final do

último dia, 31 de dezembro, a evolução dos primatas permite o surgimento dos primeiros hominídeos.

Nossa espécie, Homo sapiens, surge apenas no último minuto do calendário cósmico. Todas as civilizações,

culturas, guerras, tecnologias, livros, filmes, cidades, estados e países foram criados por seres humanos em uma

fração de 1/525600 do tempo total de existência do universo.

Compostos inorgânicos

Síntese abiótica de

monômeros orgânicos

Síntese abiótica de

polímeros orgânicos

Formação das

pré-células

Moléculas

autorreplicantes

Monômeros orgânicos

Polímeros orgânicos

Proteção por membranas

Origem da vida

Evolução molecular

A matéria inorgânica acumulada no planeta terra primitivo permitiu um conjunto

de reações que deu origem a uma certa variedade de moléculas orgânicas (carbono

+ hidrogênio), possivelmente contento nitrogênio e fósforo.

Moléculas orgânicas também passam a reagir, garantindo a formação dos primeiros

polímeros. Eventualmente, essas moléculas mais complexas (polímeros) assumem a

capacidade de autorreplicação.

Moléculas autorreplicantes, possivelmente similares ao RNA moderno, são

eventualmente incorporadas por vesículas de bicamada lipídica, as membranas

plasmáticas primitivas.

Essa mudança permitiu a produção, consumo e o armazenamento de energia para

garantir a replicação da informação contida nas moléculas autorreplicantes.

Duas hipóteses explicam a primeira estratégia para obtenção de energia do

ambiente: (1) hipótese heterotrófica, onde a fermentação (catabolismo) de açúcares

permitia a produção de energia química; (2) hipótese autotrófica, onde reações de

oxidação-redução com moléculas inorgânicas permitia a produção de energia

química.

Origem da vida

Evolução molecular

Figura:

Tolypothrix é um gênero de

cianobactérias, ou seja, bactéria

fotossintetizante. Essa forma de

vida é uma das mais antigas do

planeta, com fósseis de ~3,5

bilhões de anos.

Eventualmente, células adquiriram (por meio de seleção natural), a capacidade de

realizar fotossíntese. Esse processo garantiu a produção de moléculas orgânicas no

interior da célula, que agora poderia consumir (catabolizar) substâncias e produzir

energia química de maneira autônoma e eficiente.

Durante o processo evolutivo, dois eventos garantiram a formação de mais uma estratégia

para a obtenção de energia. Primeiro, o surgimento dos eucariotos; depois, a relação

endossimbiótica com proteobactérias alfa. Esses eventos permitiram o surgimento da

respiração celular acoplada aos mecanismos fermentativos.

Juntos, a fotossíntese e a respiração começam a moldar a maneira como os primeiros

organismos obtém energia. Esses processos se tornam tão intensos que passam a moldar a

composição da atmosfera terrestre.

Fotossintetizantes produzem açúcares e O2, elementos necessários no processo de

respiração, que por sua vez produz CO2 e H2O, necessários para a fotossíntese. Esse

mecanismo é conhecido com o ciclo da matéria orgânica. Veja a figura ao lado:

FOTOSSÍNTESE

RESPIRAÇÃO

CO2

H2O

O2

CHO

Evolução e diversificação da vida

Bactérias fotossintetizantes/clorofiladas

(Cloroplastos)

Proteobactérias alfa

(Mitocôndrias)

Em algum momento do processo evolutivo, surgem

organismos com estruturas membranosas no interior de suas

células. Essas estruturas passam a assumir funções e

auxiliam a sobrevivência no ambiente hostil do planeta

primitivo.

O primeiro ancestral comum dos eucariotos, em algum

momento do processo evolutivo, acaba por fagocitar

(internalizar) algum ancestral das proteobactérias alfa. Essa

relação se torna simbiótica e permite, em milhões de anos, o

surgimento de uma nova organela, a mitocôndria.

Após a diversificação do último ancestral comum dos

eucariotos, um novo evento de endossimbiose ocorre, agora

unindo os eucariotos a bactérias clorofiladas, o que permitiu

a formação dos plastos (cloroplastos) modernos.

Apenas algas e plantas modernas possuem mitocôndrias;

fungos, protozoários e animais utilizam suas mitocôndrias

para produzir energia via respiração celular.

“Carl Woese propôs a criação de um novo nível hierárquico, o Domínio, que

divide a diversidade da vida em três grupos: Eukarya (eucariontes), Archea

(arqueas) e Bacteria (bactérias). Nesse novo sistema, o Domínio Eukarya

possui quatro dos antigos reinos (Protista, Fungi, Animalia e Plantae).”

Russo, 2008

Evolução e diversificação da vida