Ciclos Biogeoquimicos

Seminário em Vídeo

Origem da Vida 1 ( ABIOGÊNESE & BIOGÊNESE)

Origem da Vida

A Vida na Terra terá surgido á cerca de 3400 M.a., como o parecem demonstrar os fósseis de procariontes encontrados na África do Sul.

As células eucarióticas terão surgido há cerca de 2000 a 1400 M.a., seguidas dos organismos multicelulares há cerca de 700 M.a. Neste espaço de tempo os fósseis são abundantes, indicando um processo evolutivo rápido.

Até ao século XIX considerava-se que todos os seres vivos existentes se apresentavam como sempre tinham sido. Toda a Vida era obra de uma entidade toda poderosa, fato que servia para mascarar a não existência de conhecimentos suficientes para se criar uma explicação racional. 

Esta teoria, o Criacionismo, no entanto, já no tempo da Grécia antiga não era satisfatória. De modo a contornar a necessidade de intervenção divina na criação das espécies, surgem várias teorias alternativas, baseadas na observação de fenômenos naturais, tanto quanto os conhecimentos da época o permitiam.

Aristóteles elaborou uma dessas teorias, cuja aceitação se manteve durante séculos, com a ajuda da Igreja Católica, que a adotou. Esta teoria considerava que a Vida era o resultado da ação de um princípio ativo sobre a matéria inanimada, a qual se tornava, então, animada. Deste modo, não haveria intervenção sobrenatural no surgimento dos organismos vivos, apenas um fenômeno natural, a geração espontânea.

Estas ideias perduraram até á era moderna, pois Van Helmont (1577 – 1644) ainda considerava que os “cheiros dos pântanos geravam rãs e que a roupa suja gerava ratos, adultos e completamente formados”. Também era considerado correto pelos naturalistas que os intestinos produzissem espontaneamente vermes e que a carne putrefata gerasse moscas. Todas estas teorias consideravam possível o surgimento de Vida a partir de matéria inanimada, fosse qual fosse o agente catalisador dessa transformação, daí o estarem englobadas na designação geral de Abiogênese.

No século XVII Francisco Redi, naturalista e poeta, pôs-se contrário as ideias de Aristóteles, negando a existência do princípio ativo e defendendo que todos os organismos vivos surgiam a partir de inseminação por ovos e nunca por geração espontânea.

Para demonstrar a veracidade de sua teoria, Redi realizou uma experiência que se tornou célebre pelo fato de ser a primeira, registrada, a utilizar um controle em suas experiências. Colocou carne em 8 frascos. Selou 4 deles e deixou os restantes 4 abertos, em contato com o ar. 

Em poucos dias verificou que os frascos abertos estavam cheios de moscas e de outros vermes, enquanto que os frascos selados se encontravam livres de contaminação.

Esta experiência parecia negar, inequivocamente a abiogênese de organismos macroscópicos, tendo sido aceito pelos naturalistas da época.

No entanto, a descoberta do microscópioveio levantar a questão novamente. A teoria da abiogênese foi parcialmente reabilitada, pois parecia a única capaz de explicar o desenvolvimento de microrganismos visíveis apenas ao microscópio.

Esta situação manteve-se até ao final do século XVIII, quando o assunto foi novamente debatido por dois famosos cientistas da época, Needham e Spallanzani.

Needham utilizou várias infusões, que colocou em frascos. Esses frascos foram aquecidos e deixados ao ar durante alguns dias. Observou que as infusões rapidamente eram invadidas por uma multitude de microrganismos. Interpretou estes resultados pela geração espontânea de microrganismos, por ação do princípio ativo de Aristóteles.

Spallanzani usou nas suas experiências 16 frascos. Ferveu durante uma hora diversas infusões e colocou-as em frascos. Dos 16 frascos, 4 foram selados, 4 fortemente rolhados, 4 tapados com algodão e 4 deixados abertos ao ar. Verificou que a proliferação de microrganismos era proporcional ao contato com o ar. Interpretou estes resultados com o fato de o ar conter ovos desses organismos, logo toda a Vida proviria de outra, preexistente. 

No entanto, Needham não aceitou estes resultados, alegando que a excessiva fervura teria destruído o principio ativo presente nas infusões.

A polêmica manteve-se até 1862, quando o francês Louis Pasteur, pôs definitivamente termo à ideia de geração espontânea com uma série de experiências conservadas para a posteridade pelos museus franceses. Pasteur colocou diversas infusões em balões de vidro, em contato com o ar. Alongou os pescoços dos balões á chama, de modo a que fizessem várias curvas. Ferveu os líquidos até que o vapor saísse livremente das extremidades estreitas dos balões. Verificou que, após o arrefecimento dos líquidos, estes permaneciam inalterados, tanto em odor como em sabor. No entanto, não se apresentavam contaminados por microrganismos. 

Para eliminar o argumento de Needham, quebrou alguns pescoços de balões, verificando que imediatamente os líquidos ficavam infestados de organismos. Concluiu, assim, que todos os microrganismos se formavam a partir de qualquer tipo de partícula sólida, transportada pelo ar. Nos balões intactos, a entrada lenta do ar pelos pescoços estreitos e encurvados provocava a deposição dessas partículas, impedindo a contaminação das infusões.

Ficou definitivamente provado que, nas condições atuais, a vida surge sempre de outra vida, preexistente.

ESPECIAÇÃO

As especiações podem ser entendidas como processos que levam à formação de novas espécies. Elas ocorrem em virtude das diferenças surgidas no genoma de populações diferentes de uma mesma espécie que ocasionaram o isolamento reprodutivo e, consequentemente, o aparecimento de duas espécies diferentes. O isolamento reprodutivo consiste na incapacidade de os indivíduos trocarem os genes através do cruzamento.

Podemos dividir a especiação em três tipos básicos, tendo em vista aspectos geográficos: especiação alopátrica, especiação simpátrica e especiação parapátrica.

A especiação alopátrica, acontece quando duas populações de uma espécie são separadas por uma barreira geográfica. Essa barreira geográfica, que pode ser uma montanha, um deserto ou floresta, por exemplo, causa uma separação espacial (alopatria). Nesse caso, falamos que ocorreu um isolamento geográfico.

Quando essas populações se separam, podem sofrer diferentes pressões, uma vez que estão em áreas diferentes. Essas pressões, com o passar do tempo, fazem com que ocorra uma divergência genética e, consequentemente, um possível isolamento reprodutivo. Muitos consideram esse tipo de especiação como o principal modelo de especiação.

O efeito do fundador é um tipo especial de especiação alopátrica. Nesse processo, uma pequena parte de uma grande população migra para fora dos ambientes da população original.  A pequena população, geralmente, é levada à extinção. Entretanto, quando as pequenas populações são bem-sucedidas, elas são conduzidas a uma especiação mais rápida, em virtude, principalmente, da deriva genética.

Uma evidência da especiação alopátrica pode ser observada em ilhas, em que uma espécie acaba se diferenciando na aparência e ecologia. O exemplo mais clássico são os dos tentilhões observados por Darwin nas ilhas Galápagos, que se diferenciam principalmente pela forma do bico que é adaptada ao tipo de alimentação de cada uma das 14 espécies.

A especiação simpátrica é aquela que ocorre sem que haja separação geográfica. Nesse caso, duas populações de uma mesma espécie vivem em uma mesma área, mas não ocorre cruzamento entre as populações. É comum observar que alguma modificação genética impediu esse intercruzamento, gerando assim diferenças que levarão à especiação.  É uma das especiações mais raras.

Acredita-se que a especiação simpátrica seja responsável pela grande quantidade de espécies de peixes ciclídeos encontrados no lago africano Victoria. Segundo alguns pesquisadores, o lago foi colonizado por apenas uma espécie ancestral.

Existe ainda a especiação parapátrica, que ocorre quando duas populações de uma mesma espécie diferenciam-se e ocupam áreas contíguas, mas ecologicamente distintas. Por estarem em áreas de contato, é possível o intercruzamento, que acaba gerando híbridos. Essas áreas são chamadas de zona híbrida e acabam se tornando uma barreira ao fluxo gênico entre as espécies que estão se formando.

Podemos citar como exemplo de especiação parapátrica o caso da grama Anthoxanthum. Parte dessa espécie diferenciou-se graças à presença de metais no solo, passando a ter floração em época diferente, o que impossibilitou o cruzamento com a população original.

Evidências Evolutivas

Evidências da evolução

A teoria da evolução postula que todas as formas de vida que conhecemos atualmente surgiram a partir do processo de descendência com modificação a partir de um mesmo ancestral comum. Embora sempre tenha havido muita polêmica em torno desta teoria, hoje ela é sustentada por inúmeras evidências. Vejamos abaixo algumas delas:

Fósseis

O registro fóssil é uma fonte importante de evidências da evolução. Comparando as características dos organismos atuais com as dos que viveram no passado é possível verificar que mudanças evolutivas ocorreram em diversos organismos e que muitas espécies foram extintas. Além disso, o registro fóssil demonstra a origem de grande parte dos novos grupos de organismos.

Observações diretas

Embora a evolução seja frequentemente associada a grandes mudanças que ocorreram durante extensos períodos de tempo ― como o surgimento de novos grupos de organismos ―, ela não é um processo que ocorreu somente no passado e não podemos observar. Os seres vivos continuam evoluindo mesmo que não possamos observar diretamente. Em sua menor escala, a evolução consiste na mudança na frequência de alelos nas populações ao longo das gerações e há diversos estudos de genética que demonstram que essas mudanças continuam ocorrendo.

A evolução da resistência em bactériascomo resultado do uso indiscriminado de antibióticos é um exemplo clássico que demonstra a seleção natural em curso. O processo de seleção artificial, que vem sendo realizado há milhares de anos pelo homem na agricultura, por exemplo, também constitui uma forma de observar a evolução experimentalmente.

Evidências anatômicas

As semelhanças que podemos observar entre diferentes tipos de organismo também são evidências da teoria da evolução. Estruturas análogas, que possuem origem embrionária diferente mas desempenham funções similares, são exemplos claros de que pressões seletivas similares são capazes de produzir adaptações similares. As asas de aves e insetos, por exemplo, são análogas.

Por outro lado, estruturas homólogas, que são aquelas que possuem a mesma origem embrionária, mas que desempenham diferentes funções, são evidências da ancestralidade comum. Um exemplo deste tipo de estrutura são os membros dos tetrápodes.

Espécies de diferentes animais possuem grandes semelhanças, demonstrando que houve um ancestral comum a todos eles. Ilustração: Usagi-P / Shutterstock.com

Outra fonte de evidência são as estruturas vestigiais, isto é, estruturas que possuem pouca ou nenhuma importância para um organismo. E a teoria da evolução é o que melhor explica a existência de tais características, que seriam remanescentes de estruturas que apresentavam importantes funções em organismos ancestrais.

Evidências moleculares

Em nível molecular, o fato de todos os seres vivos utilizarem o mesmo código genéticorepresenta mais uma evidência de que a vida na Terra evoluiu a partir de um ancestral único. Ainda, a molécula de ATP como fonte de energia é usada por toda forma de vida existente.

                       TIPOS DE SELEÇÃO NATURAL

A seleção natural é um dos mecanismos básicos da evolução propostos por Darwin e pode ser classificada em três tipos: a seleção direcional, estabilizadora e disruptiva.

A seleção natural é um mecanismo evolutivo em que o organismo mais adaptado a viver em uma determinada área e em um período de tempo é selecionado. Dessa maneira, organismos que possuem maior capacidade de sobrevivência reproduzem-se mais facilmente e passam suas características aos seus descendentes. Esse mecanismo foi proposto por Charles Darwin e enfatiza como o meio atua sobre o processo evolutivo.

→ Tipos de seleção natural

Existem três tipos de seleção natural: a direcional, a estabilizadora e a disruptiva.

⇒ Seleção direcional: é uma das formas mais simples de seleção natural. Ela seleciona um dos fenótipos extremos e é responsável pela maioria das mudanças fenotípicas que ocorrem durante o processo evolutivo.

Imagine que exista uma espécie de peixe com indivíduos pequenos, médios e grandes. Os peixes maiores são frequentemente pescados com uso de redes. Assim sendo, os indivíduos pequenos apresentam vantagem sobre os outros, uma vez que, no momento da pesca, eles não são capturados. Os pequenos possuem, então, maior chance de sobrevivência e reprodução, uma vez que são mais aptos às condições daquele momento, o que causa uma seleção direcional.

Um exemplo real de seleção direcional pode ser observado ao analisar a seleção de bactérias resistentes. Mutações surgem ao acaso e aquelas que garantem proteção à bactéria contra o antibiótico acabam fazendo com que elas sejam selecionadas.

⇒ Seleção estabilizadora: Esse tipo seleciona os indivíduos com fenótipo intermediário, ou seja, mais próximo da média. Os extremos, nesse caso, apresentam desvantagem sobre os outros, não sendo selecionados.

Essa seleção pode ser observada ao analisar os bebês da espécie humana. Estes geralmente nascem com peso em torno de 3,3 kg, um peso que representa menor mortalidade. Crianças muito pequenas ou muito grandes correm mais riscos de morte e, portanto, a seleção não as favorece.

Vale destacar que essa seleção agiu muito no passado, mas, atualmente, com os avanços da medicina, crianças muito pequenas possuem a seu favor tecnologias, como a incubadora, que garantem sua sobrevivência. Além disso, crianças grandes podem nascer por cesariana, evitando lesões no momento do parto.

⇒ Seleção disruptiva: nesse caso, os extremos são favorecidos. Como exemplo, podemos citar a espéciePasserina amoena, que possui indivíduos com cor azulada brilhante, indivíduos com cor amarronzada e outros intermediários. Nesse caso, os azuis são melhores em conseguir territórios e reproduzir-se. Os amarronzados são ignorados pelos azulados e também conseguem reproduzir-se. Já os de coloração intermediária são notados pelos outros machos e não são tão especializados para conseguir territórios, reproduzindo-se menos.

Neodarwinismo

O Neodarwinismo chamado também de "Teoria Sintética (ou Moderna) da Evolução" surgiu no século XX. Está relacionada com os estudos evolucionistas do naturalista inglês Charles Darwin e as novas descobertas no campo da genética. As lacunas que surgiram após a publicação da obra “Origem das Espécies" (1859) de Darwin, foram desvendadas pelo avanço dos estudos genéticos.

Aceita atualmente pela maioria dos cientistas, a teoria moderna da evolução se tornou um tipo de eixo central da biologia, aproximando disciplinas como sistemática, citologia e paleontologia.

Lamarckismo, Darwinismo e Neodarwinismo

Tanto o Lamarckismo quanto o Darwinismo apresentam um conjunto de teorias associadas à evolução. Embora as ideias de Lamarck sejam anteriores às ideias de Darwin, quando o assunto é evolução, Charles Darwin é o primeiro a ser citado, isso porque suas ideias sobre a seleção natural das espécies continuam válidas até hoje, mais de 150 anos depois.

Ideias de Lamarck

Sendo assim, o conjunto das teorias evolucionistas sugeridas pelo naturalista francês Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829), que propunha as leis: “Lei do Uso e do Desuso” e a “Lei da Transmissão dos Caracteres Adquiridos” foi genial para a época em que ele as criou (1809), pois acreditava-se que as espécies eram imutáveis desde a sua origem.

Lamarck não concordava com o fixismo e o criacionismo da época e através das suas observações e estudos sobre os seres vivos, percebeu que havia mudanças nas características dos organismos, que ele julgou fossem uma resposta frente às necessidades deles se adaptarem ao ambiente, transmitindo essas aquisições sucessivamente aos descendentes.

ambiente, transmitindo essas aquisições sucessivamente aos descendentes.

Hoje sabe-se que isso está errado porque nem sempre o maior uso de um órgão irá desenvolvê-lo e tão pouco essas características serão transmitidas aos descendentes.

Ideias de Darwin

Por sua vez, Darwin (1809-1882) se guiou pelos estudos já existentes sobre a geologia e a evolução dos seres vivos e em suas observações durante os cinco anos que viajou pelo mundo à bordo do Beagle. Formulou sua teoria da evolução que revolucionou o mundo, e em especial suas conclusões sobre a seleção natural.

Para Darwin, todas as espécies atuais se originaram, através de modificações que sofreram ao longo de milhares de anos, a partir de ancestrais comuns. Foi o ambiente que atuou, limitando a continuidade de algumas espécies menos adaptadas e favorecendo que espécies mais adaptadas se perpetuassem. É o processo da seleção natural agindo sobre os organismos.

Assim como Darwin, outro naturalista britânico da época chegou a conclusões muito semelhantes sobre a origem e evolução das espécies, tendo os dois anunciado à sociedade científica em 1858 suas ideias, era Alfred Russel Wallace, que é pouco citado.

Neodarwinismo

O que Darwin e seus contemporâneos não conseguiram explicar começou a ser esclarecido poucos anos mais tarde pelo austríaco Gregor Mendel (1822-1884). O monge botânico realizou diversas experiências com cruzamento de plantas, em especial ervilhas, postulando duas leis:“Lei da Segregação dos Fatores” e a “Lei da Segregação Independente”.

Mendel utilizava o nome fatores para definir os genes, termo criado em 1905 pelo biólogo holandês Wilhelm Johannsen. Muitos outros biólogos foram importantes no desenvolvimento da genética, como Walter Sutton que contribuiu para a teoria cromossômica de hereditariedade.

A partir do conhecimento do mecanismo genético da hereditariedade, das mutações e recombinações gênicas, algumas das lacunas no processo evolutivo foram esclarecidas. Com isso, foi definida uma síntese da teoria da evolução que passou a ser uma referência fundamental para a explicação de muitos processos biológicos.

Teorias Evolutivas ( Darwin & Lamarck)

Darwinismo

Em 1931, o naturalista inglês Charles Darwin embarcou no navio H. M. S. Beagle em uma viagem ao redor do mundo. Durante os cinco anos de duração da viagem Darwin visitou diversos locais da Austrália e da América do Sul, inclusive o Brasil. Em uma parada no arquipélago de Galápagos, localizado no Oceano Pacífico, a cerca de 800 km da costa do Equador, Darwin ficou impressionado com as pequenas variações na morfologia de espécies de animais e plantas encontras em cada uma das pequenas ilhas. Após seu retorno para a Inglaterra, Darwin desenvolveu uma explicação para a adaptação e especialização dos seres vivos: a seleção natural.

Na metade do século XIX, Darwin esboçava sua teoria da seleção natural, quando Alfred Wallace lhe enviou uma carta que falava de uma teoria semelhante, desenvolvida por ele. Ambas foram apresentadas à sociedade científica da época. No final de 1959, a publicação de A origem das espécies, por Charles Darwin, explicava, em detalhes, a evolução das espécies através da seleção natural, e também apresentava provas que levam a aceitação de sua teoria até hoje.

A seleção natural proposta por Darwin e Wallace é um processo pelo qual as características hereditárias que contribuem para a sobrevivência e a reprodução dos organismos tornam-se comuns em gerações sucessivas de uma população, enquanto que as características prejudiciais se tornam mais raras. Isto ocorre porque indivíduos com características vantajosas tem mais sucesso na reprodução, transmitindo estas características para as gerações seguintes. Para exemplificar este processo, imagine dois insetos de uma mesma espécie com variações em seu padrão de cor, sendo um de coloração esverdeada e outro de coloração alaranjada. Suponha que estes insetos habitem as folhas de árvores e que são predados por certas espécies de aves. Seus predadores, naturalmente, terão mais dificuldade para detectar os insetos verdes nas folhas, capturando, então, àqueles laranjas. Dessa forma, o ambiente atua selecionando os insetos verdes, cujas chances de sobrevivência e reprodução serão maiores.

Atualmente, a teoria evolutiva moderna (ou neodarwinismo) combina a teoria da evolução por meio da seleção natural, a hereditariedade mendeliana e a genética de populações para explicar a diversidade e evolução dos seres vivos.

Lamarckismo

Desde o século VI a.C., filósofos já arquitetavam o pensamento evolutivo, e à medida que o conhecimento biológico foi aumentando, no século XIX algumas teorias evolutivas já estavam concretizadas. Uma delas foi a do naturalista francês Jean-Baptiste de Lamarck, que desenvolveu a teoria dos caracteres adquiridos, também conhecida como Lamarckismo, cuja influência foi grande em sua época, mas que atualmente é desacreditada.

Lamarck acreditava que alterações no ambiente resultavam em mudanças nas necessidades dos organismos e consequentemente em mudanças no seu comportamento. O lamarckismo se baseava em dois princípios:

• Uso e desuso: órgãos ou estruturas utilizadas constantemente tenderiam a aumentar de tamanho, enquanto àquelas não utilizadas sofreriam atrofiamento e consequente desaparecimento;
• Transmissão dos caracteres adquiridos: as características adquiridas pelo processo de uso e desuso seriam transmitidas para as gerações seguintes.