SERES VIVOS

Estudando as células

Leia o trecho da reportagem a seguir.

A Citologia é a área da Biologia que estuda as células, unidades estruturais e funcionais dos seres vivos. O ser humano, assim como diversos outros seres vivos, é composto de trilhões de células, que atuam de modo coordenado para o funcionamento adequado do organismo. No entanto, as células também são o alvo de diversos patógenos, como o vírus SARS-CoV-2, responsável por causar a doença covid-19, abordado no trecho de reportagem.

Por esse e diversos outros motivos, conhecer as células, sua estrutura e seu funcionamento, bem como o papel de cada uma de suas biomoléculas, possibilita, por exemplo, entender o funcionamento do corpo humano e auxilia a Ciência a compreender doenças e propor medidas de contenção, prevenção e tratamentos.

O conhecimento de que todos os seres vivos são formados por células faz parte da chamada teoria celular, proposta inicialmente pelo fisiologista alemão Theodor Schwann (1810-1882). No entanto, o termo célula (do latim, cellula, que significa "cubículo" ou "cela") foi sugerido cerca de dois séculos antes, pelo cientista inglês Robert Hooke (1635-1703), para se referir às pequenas cavidades que identificou ao observar um pedaço de cortiça^✚ ao microscópio.

O avanço da microscopia possibilitou estudos mais detalhados da estrutura celular, e os cientistas perceberam que as células apresentavam dois padrões básicos de organização.

Em um desses padrões, os cientistas observaram células que continham núcleo celular organizado, onde se encontrava o material genético. Essas células foram denominadas eucarióticas (do grego, eu significa "verdadeiro"; karyon, "núcleo"), e os organismos que apresentam esse tipo de célula passaram a ser chamados de eucariotos. Além da presença de um núcleo, identificaram que as células eucarióticas têm organelas delimitadas por membranas, cada qual com funções definidas.

A seguir, são apresentados dois exemplos de células eucarióticas.

Imagens elaboradas com base em: SADAVA, David et al. Vida: a ciência da biologia. Tradução: Ardala Katzfuss et al. 11. ed. Porto Alegre: Artmed, 2020. v. 1. p. 90-91.

Outro padrão celular identificado pelos cientistas foi a célula procariótica (do grego, pro significa "antes"; karyon, "núcleo"). Eles verificaram que essas células são mais simples em seu arranjo do que as células eucarióticas, pois não possuem núcleo nem estruturas membranosas em seu interior. Os seres vivos com esse tipo de organização celular são chamados procariotos.

Apesar das diferenças, sabe-se que as células procarióticas e as eucarióticas têm algumas características comuns, como a presença de membrana plasmática, de material genético, de ribossomos (relacionados à síntese proteica) e de metabolismo.

Imagem elaborada com base em: SADAVA, David et al. Vida: a ciência da biologia. Tradução: Ardala Katzfuss et al. 11. ed. Porto Alegre: Artmed, 2020. v. 1. p. 86.

Professor, professora: Ao explorar as imagens dos tipos celulares com os estudantes, comente que membrana plasmática, citoplasma e núcleo, bem como as organelas identificadas nas imagens, serão estudados com mais detalhes no próximo capítulo. Se considerar pertinente, explique que as fímbrias são estruturas relacionadas à adesão de bactérias em superfícies ou outras células.

Componentes orgânicos e inorgânicos

As células são constituídas de diferentes moléculas, sendo grande parte delas orgânicas.

As moléculas orgânicas são aquelas que têm carbono abre parênteses C fecha parênteses$\left(\text{C}\right)$ em sua constituição, o qual pode estar ligado a átomos de hidrogênio abre parênteses H fecha parênteses$\left(\text{H}\right)$, oxigênio abre parênteses O fecha parênteses$\left(\text{O}\right)$, nitrogênio abre parênteses N fecha parênteses$\left(\text{N}\right)$, fósforo abre parênteses P fecha parênteses$\left(\text{P}\right)$ e enxofre abre parênteses S fecha parênteses$\left(\text{S}\right)$. Entre as substâncias orgânicas, podemos citar pequenas moléculas, como ácidos graxos, aminoácidos e nucleotídeos, que podem se unir e formar moléculas maiores, como proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos. Já as moléculas inorgânicas são os demais compostos que, geralmente, não têm átomos do elemento químico carbono, com exceção de algumas moléculas, como o dióxido de carbono abre parênteses CO subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{CO}}_2\right)$, o ácido carbônico abre parênteses H subscrito 2 C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{H}}_2\text{C}{\text{O}}_3\right)$e o carbonato de cálcio abre parênteses C a C O subscrito 3 fecha parênteses$\left(\text{CaC}{\text{O}}_3\right)$.

A seguir, vamos conhecer algumas das principais moléculas constituintes das células.

Água

A água é uma substância inorgânica e o componente mais abundante das células, correspondendo a cerca de 70% do volume celular. Sua porcentagem no organismo pode variar de acordo com diferentes fatores, como a idade. Em seres humanos, por exemplo, essa quantidade é menor em idosos em comparação aos recém-nascidos.

A molécula de água abre parênteses H subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{H}}_2\text{O}\right)$ é composta de dois átomos de hidrogênio abre parênteses H fecha parênteses$\left(\text{H}\right)$ e um átomo de oxigênio abre parênteses O fecha parênteses$\left(\text{O}\right)$. O modo como ocorre a interação entre esses átomos e entre as moléculas de água garante a essa substância características únicas essenciais à vida na Terra.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

As reações químicas celulares ocorrem em meio aquoso, ou seja, em meio provido de água. Dessa forma, a água líquida é essencial para as atividades celulares e, consequentemente, para o funcionamento celular e do organismo. Além disso, por ser um solvente universal, essa substância é essencial no transporte de inúmeros materiais, como nutrientes, gases e resíduos, no interior das células e entre elas.

Além de possibilitar diversas reações químicas, a água pode participar como reagente dessas reações, possibilitando, por exemplo, a síntese de nutrientes, de enzimas e de hormônios do corpo humano. Ela também participa da quebra de moléculas de nutrientes, reduzindo seu tamanho, permitindo a absorção pelo corpo humano e a utilização pelas células como fonte de energia. No processo de digestão, por exemplo, com a participação da água, a sacarose pode ser degradada nos dois açúcares que a compõem, a glicose e a frutose, facilitando a absorção desses carboidratos.

O alto calor específico da água contribui para a manutenção da temperatura do corpo dos seres vivos e consequentemente das células, favorecendo seu funcionamento adequado.

O suor é uma importante forma de controlar a temperatura corporal na maioria dos mamíferos, como os seres humanos. Ao evaporar, a água do suor presente na superfície da pele absorve calor do organismo, reduzindo a temperatura corporal.

Carboidratos

Nas células, os carboidratos, também chamados hidratos de carbono, participam da formação da membrana plasmática, onde se associam a proteínas (glicoproteínas) e lipídios (glicolipídios).

Nas membranas, a porção dos carboidratos fica sempre voltada para a parte externa da célula, formando uma espécie de camada de carboidratos. Essa camada exerce papéis na célula, como a proteção contra estresses mecânico e químico, a comunicação entre as células, a adesão delas entre si, o local de interação de diversos patógenos, entre outras funções. Por se ligarem a moléculas de água, os carboidratos na membrana celular também mantêm as células lubrificadas, facilitando sua movimentação.

Os carboidratos são a principal fonte de energia nas células. Esses componentes orgânicos podem atuar no armazenamento de energia sob a forma de glicogênio, em animais, e na forma de amido, em vegetais, por exemplo. Além disso, estão presentes no material genético dos seres vivos, fazendo parte do DNA e do RNA.

Alguns carboidratos auxiliam na estruturação das células e na proteção do corpo dos seres vivos. A quitina, por exemplo, é um carboidrato que constitui o exoesqueleto dos artrópodes e a parede celular de fungos. Já as células vegetais têm celulose em suas paredes.

De acordo com sua constituição, os carboidratos são classificados em monossacarídeos, dissacarídeos ou polissacarídeos. A fórmula química geral dos monossacarídeos, tipo mais simples de carboidrato, é abre parênteses C H subscrito 2 O fecha parênteses subscrito n${\left({\text{CH}}_2\text{O}\right)}_{\mathit{\text{n}}}$. A maioria deles tem cinco ou seis átomos de carbono, chamados pentoses e hexoses, respectivamente. Como exemplos desse tipo de carboidrato, podemos citar a glicose abre parênteses C subscrito 6 H subscrito 12 O subscrito 6 fecha parênteses$\left({\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6\right)$, a ribose abre parênteses C subscrito 5 H subscrito 10 O subscrito 5 fecha parênteses$\left({\text{C}}_5{\text{H}}_{10}{\text{O}}_5\right)$ e a frutose abre parênteses C subscrito 6 H subscrito 12 O subscrito 6 fecha parênteses$\left({\text{C}}_6{\text{H}}_{12}{\text{O}}_6\right)$.

Professor, professora: Ao explorar a fórmula química geral dos monossacarídeos, comente que a letra n$\mathit{\text{n}}$ representa a variável, ou seja, o número que se altera.

A união de dois monossacarídeos resulta na formação de dissacarídeos, como a sacarose abre parênteses C subscrito 12 H subscrito 22 O subscrito 11 fecha parênteses$\left({\text{C}}_{12}{\text{H}}_{22}{\text{O}}_{11}\right)$, que é formada pela união de uma molécula de glicose com uma de frutose. Outro exemplo é a lactose abre parênteses C subscrito 12 H subscrito 22 O subscrito 11 fecha parênteses$\left({\text{C}}_{12}{\text{H}}_{22}{\text{O}}_{11}\right)$, formada pela união de uma molécula de galactose com uma de glicose.

Quando um carboidrato é constituído de diversos monossacarídeos, ele recebe o nome de polissacarídeo, como é o caso do amido, da celulose e do glicogênio.

Lipídios

Os lipídios são substâncias orgânicas, também conhecidas como gorduras. Uma das características químicas dos lipídios é a de ser solúvel em substâncias orgânicas, como o éter, e praticamente insolúvel em água. Há, no entanto, alguns lipídios anfipáticos, ou seja, que têm porções hidrofílicas (com afinidade à água) e porções hidrofóbicas (com aversão à água). Esse é o caso dos lipídios que compõem a membrana plasmática das células.

Os lipídios podem ser de diferentes tipos e desempenhar diferentes papéis nas células, como o estrutural, o energético e o de sinalização.

Os fosfolipídios são o principal tipo de lipídio encontrado em membranas celulares. A estrutura dessa molécula tem uma extremidade hidrofílica e uma cauda hidrofóbica. Essa característica anfipática dos fosfolipídios é essencial para a formação da estrutura de bicamada lipídica da membrana plasmática.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: ALBERTS, Bruce et al. Fundamentos da biologia celular. 3. ed. Porto Alegre: Artmed, 2011. p. 55.

Além dos fosfolipídios, as membranas têm outros tipos de lipídios, como os esteróis, tipo de lipídio existente na membrana plasmática da maioria dos eucariotos. Entre esses lipídios, podemos citar o colesterol, presente em células de animais. De modo geral, esse lipídio ajuda a reforçar a estrutura da membrana, tornando-a mais rígida e menos permeável. Além disso, é utilizado pela célula na síntese de hormônios sexuais, sais biliares e vitamina D, por exemplo.

Os esfingolipídios são lipídios de membrana, e seu precursor estrutural é a ceramida.

Nas células humanas, os esfingolipídios estão representados, por exemplo, pelas esfingomielinas, lipídios encontrados no axônio de alguns neurônios, nos quais se observa a formação do extrato mielínico ou bainha de mielina. A presença dessa camada descontínua, rica em lipídios, nos neurônios aumenta a velocidade de transmissão do impulso nervoso.

Imagem elaborada com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. Tradução: Alexandre Lins Verneck et al. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 240.

Os triacilgliceróis são lipídios de armazenamento energético e os mais abundantes na natureza. As gorduras animais e os óleos vegetais são compostos de triacilgliceróis.

Nas células humanas, os triacilgliceróis são armazenados em células específicas, chamadas adipócitos. Em casos de demanda energética, essas células liberam seu conteúdo na corrente sanguínea, que o distribui a células específicas, como as musculares. Os lipídios de armazenamento são considerados uma importante fonte de energia, uma vez que sua degradação disponibiliza para a célula cerca de seis vezes mais energia do que a degradação da glicose.

A cera é outro exemplo de lipídio de armazenamento energético. As ceras estão presentes nas glândulas de vertebrados, protegendo pelos e pele – nas aves marinhas, ajudam a manter suas penas impermeáveis à água –, e são a forma de armazenamento de energia de alguns seres vivos, como o plâncton marinho.

Proteínas

As proteínas são substâncias orgânicas que fazem parte da constituição das células, estando presentes em diferentes porções celulares, como na membrana plasmática, e formando uma rede de filamentos no citoplasma.

A estrutura básica da membrana plasmática é semelhante em todas as células. No entanto, a composição proteica dessas estruturas celulares é bastante variável e está diretamente relacionada com o tipo de célula e o papel que ela desempenha no organismo. Observe o exemplo apresentado.

Por exemplo, as proteínas presentes na membrana plasmática de várias células são essenciais para o controle da concentração de glicose no sangue. Essas proteínas atuam como receptores de insulina, hormônio responsável por controlar esse carboidrato na corrente sanguínea.

A molécula desse hormônio se liga à proteína da membrana, alterando-a de inativa para ativa. Sob essa forma, a proteína, então, promove a entrada de glicose na célula através de proteínas específicas, reduzindo a quantidade de carboidrato no sangue.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. Tradução: Ana Beatriz Gorini da Veiga et al. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. p. 408.

Professor, professora: Ao abordar o transporte de glicose, comente com os estudantes que uma exceção desse padrão são as células do cérebro que conseguem captar glicose sem a necessidade da presença de insulina. Essa capacidade garante o processo de captação mesmo quando os níveis de glicose no sangue estão baixos.

Além de comporem a membrana plasmática, as proteínas exercem muitas outras funções no organismo, como: participação em reações químicas, atuando como agentes catalisadores e acelerando as reações; proteção contra doenças, na forma de anticorpos; coordenação de funções do organismo, na forma de hormônios, como a insulina; movimentação dos organismos, sendo responsáveis pelo processo de contração das fibras musculares e também constituindo outras estruturas celulares, como cílios e flagelos, que atuam, por exemplo, na movimentação da célula ou no deslocamento de materiais na superfície celular.

Professor, professora: Diga aos estudantes que a prolina é uma exceção; ela contém um grupo imino (representado por menos N H$–\text{NH}$) em vez do grupo amino.

As proteínas são constituídas de aminoácidos, moléculas que apresentam, de maneira geral, um grupo amino, um grupo carboxila e uma cadeia lateral, genericamente chamada de radical, que varia de acordo com o tipo de aminoácido.

Todos os seres vivos apresentam 20 tipos de aminoácidos. No entanto, nem todo ser vivo produz todos os aminoácidos necessários ao funcionamento adequado de seu organismo. Aqueles que não são produzidos pelo organismo são chamados de aminoácidos essenciais. Já os produzidos naturalmente pelo organismo são os aminoácidos naturais. No caso do ser humano, apenas 11 dos 20 aminoácidos são naturais.

Professor, professora: Ao abordar os tipos de aminoácidos, explique aos estudantes que, nos seres humanos, os aminoácidos essenciais são histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofano e valina.

Estrutura proteica

As inúmeras possibilidades de combinação entre os vinte aminoácidos resultam na formação de uma grande diversidade de proteínas. Para formar essas macromoléculas, os aminoácidos se unem por meio de ligações peptídicas e, por isso, recebem o nome de peptídeos.

A união de inúmeros peptídeos resulta em cadeias polipeptídicas; as proteínas são formadas por uma ou mais dessas cadeias. A estrutura da proteína é determinada pela sequência de aminoácidos, pela forma como eles se dispõem em relação aos outros e pelo modo como estabelecem interações entre si.

As proteínas têm basicamente quatro níveis estruturais.

A estrutura primária (imagem A) é a sequência linear de aminoácidos na cadeia polipeptídica. Já a estrutura secundária (imagem B) apresenta a sequência de aminoácidos como um fio que se torce, formando uma estrutura helicoidal, chamada alfa traço hélice$\text{α−hélice}$. A estrutura proteica secundária também pode se apresentar sob outras formas, como a de beta traço folha$\text{β-folha}$.

Algumas proteínas são formadas por cadeias de aminoácidos, nas quais a estrutura em hélice se dobra várias vezes sobre si mesma, adquirindo uma estrutura tridimensional chamada estrutura terciária (imagem C).

Há proteínas formadas por duas ou mais sequências de aminoácidos enoveladas (cadeias polipeptídicas ou subunidades), idênticas ou não, que se unem quimicamente, a chamada estrutura quaternária (imagem D).

A estrutura proteica está intimamente relacionada com a funcionalidade da proteína. Dessa forma, alterações estruturais podem interferir na atividade da proteína no organismo. Os aminoácidos podem ser representados por letras. No exemplo a seguir da estrutura proteica primária, estão representadas: Ala$\text{Ala}$ (alanina), Ser$\text{Ser}$ (serina), Leu$\text{Leu}$ (leucina), A r g$\text{Arg}$ (arginina).

A.

B.

C.

D.

Imagens elaboradas com base em: NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. p. 96.

Desnaturação de proteínas

A febre caracteriza-se pelo aumento da temperatura média do corpo humano, aproximadamente 37 graus Celsius$37\text{ °C}$. A ocorrência da febre serve de alerta de que algo não está bem no organismo, estando comumente relacionado a inflamações^✚ ou infecções^✚. Durante a pandemia de covid-19, por exemplo, a febre era um dos sintomas associados à infeção pelo vírus SARS-Cov-2.

Embora a febre possa sinalizar a tentativa do organismo de eliminar patógenos, essa condição pode ser prejudicial às células e, por isso, deve ser rapidamente controlada.

Uma das possíveis consequências da febre é a desnaturação de proteínas. Nesse processo, ocorrem mudanças na estrutura da proteína que, geralmente, resulta na perda da função dessa molécula. A desnaturação pode ser decorrente de fatores físicos e químicos, como alterações de temperatura, pH e exposição a determinados ácidos e bases.

Enzimas

Um dos processos característicos de seres vivos é o metabolismo, ou seja, o conjunto de reações químicas executadas pelas células. Naturalmente, a maioria dessas reações ocorreria apenas em temperaturas mais elevadas do que a do corpo humano e, consequentemente, de suas células. No entanto, o aumento da temperatura corporal pode prejudicar o funcionamento adequado do organismo. Como, então, é possível a existência do metabolismo? Isso é possível graças às enzimas.

As enzimas são um grupo de moléculas formado principalmente por proteínas, que catalisam e aceleram reações químicas nos seres vivos. Cada enzima atua em um tipo específico de reação química e em um tipo específico de substrato. Além disso, elas podem intermediar tanto reações de degradação, o chamado catabolismo, como de formação de moléculas, o chamado anabolismo.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: ALBERTS, Bruce et al. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. p. 74.

Cada enzima tem um sítio ativo, no qual se liga o substrato, ou seja, a molécula que sofrerá a ação da enzima (1). Essa ligação resulta na formação do complexo enzima-substrato (2). Transcorrida a reação química, forma-se um complexo enzima-produto (3). O produto é liberado e a enzima fica disponível para se ligar a outro substrato, participando de outra reação química (4).

A ação das enzimas depende de alguns fatores, como o pH (potencial hidrogeniônico) e a temperatura, que podem alterar a conformação da enzima e, dessa maneira, modificar ou impedir sua atuação.

A escala de pH varia de 0 a 14. Observe a seguir.

Imagem elaborada com base em: BROWN, Theodore L. et al. Química: a ciência central. Tradução: Eloiza Lopes, Tiago Jonas e Sonia Midori Yamamoto. 13. ed. São Paulo: Pearson Education do Brasil, 2016. p. 717.

As enzimas envolvidas no processo de digestão dos alimentos, por exemplo, têm valores de pH específicos para sua atuação. Dessa forma, ao longo do trato digestório, observa-se uma variação do pH no interior das estruturas do sistema digestório. Acompanhe o exemplo a seguir.

A enzima amilase salivar é produzida pelas glândulas salivares e liberada na cavidade bucal. Ela é ativa no pH salivar, geralmente neutro ou levemente básico.

O suco gástrico é liberado no estômago. O pH ácido desse suco abre parênteses p H é aproximadamente igual a 2 fecha parênteses$\left(\text{pH}\simeq 2\right)$ transforma pepsinogênio em pepsina, a forma ativa da enzima, e ativa a lipase lingual, produzida em glândulas presentes na língua na forma inativa. O pH do estômago inativa a amilase salivar.

O suco pancreático é liberado no intestino delgado. O pH desse suco (entre 7,1 e 8,2) inativa a pepsina e ativa as enzimas intestinais, como amilase, lipase e nuclease pancreáticas.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaboradacom base em: TORTORA, Gerard J.;DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 478.

Para que as reações químicas ocorram, é necessária uma quantidade específica de energia inicial, a chamada energia de ativação. Essa pode ser considerada uma barreira energética que precisa ser vencida para que ocorra a reação química. Confira nos gráficos A e B a seguir.

Energia de ativação abre parênteses E subscrito a fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{E}}}_{\mathbf{\text{a}}}\right)$ em reação química na ausência de enzima

Fonte de pesquisa: ALBERTS, Bruce. et al. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. p. 73.

Energia de ativação abre parênteses E subscrito a fecha parênteses$\left({\mathbf{\text{E}}}_{\mathbf{\text{a}}}\right)$ em reação química na presença de enzima

Fonte de pesquisa: ALBERTS, Bruce et al. Biologia molecular da célula. 5. ed. Porto Alegre: Artmed, 2010. p. 73.

Como você pode perceber, ao analisar os gráficos da página anterior, as enzimas reduzem a energia de ativação das reações químicas, por conta de sua ligação com o substrato, facilitando sua ocorrência e aumentando sua velocidade. Por essa razão, as enzimas também são conhecidas como catalisadores biológicos.

A velocidade das reações químicas mediadas por enzimas sofre influência de diferentes fatores, como a concentração de enzimas e de substratos. De modo geral, quanto maior for a concentração de enzima no meio, para uma quantidade fixa de substrato, maior será a velocidade da reação química. Já em relação à concentração do substrato, confira o gráfico "Influência do aumento da concentração do substrato na velocidade da reação química".

Influência do aumento da concentração do substrato na velocidade da reação química

Fonte de pesquisa: NELSON, David L.; COX, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2014. p. 201.

Analisando o gráfico anterior, podemos concluir que, para uma concentração fixa de enzimas, a reação química se torna mais rápida conforme aumenta a concentração de substrato no meio (A e B). Esse aumento, no entanto, ocorre até o estado em que todas as enzimas disponíveis estão ligadas ao substrato, formando o complexo enzima-substrato (C). Nesse ponto, o aumento na concentração de substrato não interfere na rapidez da reação. À medida que o substrato se converte em produto, a velocidade da reação tende a diminuir.

Sais minerais e vitaminas

Em muitas reações de catálise, as enzimas precisam se associar a outras moléculas ou íons, chamados cofatores. Eles não fazem parte da proteína, mas auxiliam sua atividade. Entre os cofatores, podemos citar os sais minerais e as vitaminas.

Dessa maneira, ambos os grupos de moléculas ajudam a regular as atividades enzimáticas. Além disso, essas moléculas participam de diversas outras reações químicas no organismo, sendo, portanto, essenciais para o funcionamento e o desenvolvimento adequados do organismo.

Os sais minerais são substâncias inorgânicas representadas, por exemplo, por cálcio abre parênteses C a fecha parênteses$\left(\text{Ca}\right)$, cloro abre parênteses C l fecha parênteses$\left(\text{C}\mathcal{l}\right)$, ferro abre parênteses F e fecha parênteses$\left(\text{Fe}\right)$, flúor abre parênteses F fecha parênteses$\left(\text{F}\right)$, fósforo abre parênteses P fecha parênteses$\left(\text{P}\right)$, iodo abre parênteses I fecha parênteses$\left(\text{I}\right)$, potássio abre parênteses K fecha parênteses$\left(\text{K}\right)$ e sódio abre parênteses N a fecha parênteses$\left(\text{Na}\right)$. Já as vitaminas são compostos orgânicos classificados em hidrossolúveis abre parênteses B subscrito 1 vírgula B subscrito 2 vírgula B subscrito 3 vírgula B subscrito 5 vírgula B subscrito 6 vírgula B subscrito 9 vírgula B subscrito 12 e C fecha parênteses$({\text{B}}_1,{\text{B}}_2,{\text{B}}_3,{\text{B}}_5,{\text{B}}_6,{\text{B}}_9,{\text{B}}_{12}\text{ e }\text{C})$ ou lipossolúveis abre parênteses A vírgula D vírgula E e K fecha parênteses$(\text{A},\text{D},\text{E}\text{ e }\text{K})$. Para serem absorvidas, as vitaminas lipossolúveis precisam de sais biliares e lipídios. As hidrossolúveis, por sua vez, são absorvidas no sistema digestório com a água, depois se dissolvem nos fluidos corporais.

Os sais minerais e quase todas as vitaminas não são produzidos no organismo. Por isso, precisam ser adquiridos, principalmente, por meio da alimentação.

A seguir, vamos conhecer algumas fontes alimentares de origem animal e vegetal dessas moléculas.

Fontes de pesquisa: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 510-511. REECE, Jane B. et al. Biologia de Campbell. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. p. 895.

Fontes de pesquisa: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 512-514. REECE, Jane B. et al. Biologia de Campbell. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. p. 894.

Ácidos nucleicos

Todos os seres vivos têm material genético sob a forma de ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA), chamados coletivamente de ácidos nucleicos. Essas moléculas são constituídas de inúmeros nucleotídeos, ligados entre si.

Os nucleotídeos são unidades relacionadas ao armazenamento e à disponibilização de informações genéticas, por meio da orientação da síntese de proteínas. Cada unidade é composta de uma pentose, uma base nitrogenada e um grupo fosfato abre parênteses P O subscrito 4 início sobrescrito, 3 menos, fim sobrescrito fecha parênteses$\left({\text{PO}}_4^{3-}\right)$. A pentose pode ser desoxirribose ou ribose e as bases nitrogenadas podem ser de cinco tipos: adenina abre parênteses A maiúsculo fecha parênteses$\text{(A)}$, guanina abre parênteses G fecha parênteses$\text{(G)}$, citosina abre parênteses C fecha parênteses$\text{(C)}$, timina abre parênteses T fecha parênteses$\text{(T)}$ e uracila abre parênteses U fecha parênteses$\text{(U) }$.

Imagem elaborada com base em: SADAVA, David et al. Vida: a ciência da biologia. Tradução: Ardala Katzfuss et al. 11. ed. Porto Alegre: Artmed, 2020. v. 1. p. 66.

DNA

Cada molécula de DNA é formada por duas cadeias (filamentos) de nucleotídeos ligados, que se torcem entre si e, por isso, recebem o nome de dupla hélice. A molécula de DNA apresenta a desoxirribose e pode ter quatro tipos de bases nitrogenadas: a adenina, a timina, a citosina e a guanina. A adenina e a guanina são chamadas de bases púricas ou purinas, e a citosina e a timina são denominadas bases pirimídicas ou pirimidinas.

Na molécula de DNA, a adenina sempre se pareia com a timina, e a citosina sempre se pareia com a guanina. Alguns trechos do DNA orientam a formação de proteínas, sendo responsáveis pelas características geneticamente determinadas no indivíduo. Essas características podem ser transmitidas ao longo das gerações por meio da reprodução.

Imagem elaborada com base em: GRIFFITHS, Anthony J. F. et al. Introdução à genética. 10. ed. Rio de Janeiro:Guanabara Koogan, 2013. p. 224.

RNA

Cada molécula de RNA, geralmente, apresenta uma única cadeia de nucleotídeos (fita simples). Esse tipo de ácido nucleico apresenta a ribose e quatro possíveis bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina e uracila. No RNA, a adenina sempre se pareia com a uracila, e a citosina sempre se pareia com a guanina.

Algumas moléculas de RNA podem desempenhar papéis semelhantes aos das enzimas, sendo chamadas ribozimas. No entanto, o papel principal do RNA está relacionado à síntese de proteínas nas células. Por causa da importância das proteínas nas células, o RNA é essencial para a manutenção e o desenvolvimento celular.

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 161.

Professor, professora: Enfatize aos estudantes que o pareamento é com a fita molde de DNA.

As diferentes estruturas de uma célula eucariótica

Apesar de as células eucarióticas terem algumas diferenças entre si, quase todas apresentam estruturas básicas em comum, sendo compostas por membrana plasmática, citoplasma e núcleo. A seguir, vamos estudar com mais detalhes cada uma dessas porções celulares.

Membrana plasmática

Analise a situação mostrada na fotografia das mãos humanas.

Uma das possíveis razões para o enrugamento da pele dos dedos quando mantidos por certo período de tempo submersos na água, relaciona-se à membrana plasmática de células da epiderme, a camada mais superficial da pele. Para compreender esse processo, vamos estudar inicialmente a importância da membrana plasmática para as células.

A membrana plasmática separa o meio intracelular do meio extracelular, exercendo diferentes papéis na célula. Entre eles, o controle do transporte de substâncias para o interior e o exterior da célula, a sinalização química (propriedade que possibilita o reconhecimento de outras células e moléculas, por exemplo) e a estruturação de tecidos por meio da adesão celular.

Tais papéis estão diretamente relacionados à estrutura da membrana plasmática, que pode ser representada pelo modelo do mosaico fluido. De acordo com esse modelo, essa membrana é formada por duas camadas de lipídios, nas quais estão mergulhadas proteínas. Os lipídios e a maioria das proteínas presentes na membrana plasmática se deslocam, mas não perdem o contato entre si. Isso permite a fluidez da membrana, tornando-a elástica e resistente. Confira a estrutura simplificada da membrana plasmática.

Imagem elaborada com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 128.

Os lipídios das duas camadas da membrana plasmática (bicamada lipídica) estão arranjados de maneira que sua porção hidrofóbica fica voltada para o interior da bicamada, enquanto sua porção hidrofílica fica voltada para as porções externas dessa membrana.

As proteínas se apresentam na membrana plasmática tanto como proteínas transmembranas, que atravessam ambos os lados da bicamada lipídica, quanto proteínas periféricas, que estão em contato com uma das superfícies (interna ou externa) da membrana, mas não a atravessam.

As moléculas de carboidratos também estão presentes nas membranas. Se os carboidratos estiverem ligadas a lipídios, recebem o nome de glicolipídios; se ligados a proteínas, são chamados de glicoproteínas.

Transportes celulares

A permeabilidade seletiva é a propriedade da membrana plasmática que possibilita controlar a entrada e a saída de materiais da célula. Por causa dessa propriedade, algumas moléculas são capazes de atravessar facilmente a membrana plasmática, enquanto outras, não. Ou seja, a membrana é considerada semipermeável.

A entrada e a saída de materiais das células podem ocorrer por transporte ativo ou transporte passivo, a depender do tipo de material.

O transporte passivo ocorre sem gasto energético pela célula, como na difusão simples, na difusão facilitada e na osmose.

A difusão simples envolve o transporte de água e pequenas moléculas, como o gás oxigênio e o gás carbônico, alguns ácidos graxos e vitaminas hidrossolúveis. Esse processo ocorre quando moléculas de um soluto (líquido ou gás) se movimentam de um local de maior concentração do soluto para um de menor concentração através de uma membrana semipermeável. Essa movimentação se dá a favor do gradiente de concentração^✚ e possibilita que o soluto se distribua igualmente nos meios interno e externo à célula.

Professor, professora: Ao abordar a imagem da difusão simples, comente com os estudantes que as moléculas de ácido graxo de cadeia curta são resultantes da digestão de carboidratos e lipídeos ou da ação, em carboidratos, de bactérias abundantes no trato gastrointestinal.

A.

B.

C.

Representação da difusão simples das moléculas de ácido graxo de cadeia curta em três momentos distintos do processo (A, B, C).

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil. A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 132.

A osmose é um tipo de transporte passivo em que as moléculas de água atravessam uma membrana semipermeável de um local com menor concentração de soluto para outro com maior concentração. A movimentação da água ocorre até que as concentrações se igualem em ambos os lados da membrana celular.

Professor, professora: Se considerar pertinente, comente com os estudantes que o gás oxigênio abre parênteses O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{O}}_2\right)$ atravessa a membrana plasmática por difusão simples. Como sua concentração é maior fora da célula, suas moléculas atravessam a bicamada lipídica e entram na célula. Já o gás carbônico abre parênteses C O subscrito 2 fecha parênteses$\left(\text{C}{\text{O}}_2\right)$, cuja concentração é maior dentro da célula, tende a sair dela pela difusão através da membrana.

D.

E.

F.

Representação do transporte de água através da membrana plasmática, via osmose, em três momentos distintos do processo (D, E, F).

A difusão facilitada é outro tipo de transporte passivo. Algumas moléculas, como monossacarídeos, somente entram ou saem das células com o auxílio de proteínas carreadoras presentes na membrana plasmática. Esse transporte ocorre a favor do gradiente de concentração e pode acontecer de diferentes maneiras, a depender do tipo de molécula a ser transportada.

A frutose, por exemplo, não atravessa facilmente a membrana plasmática e precisa ser transportada por proteínas carreadoras.

A proteína carreadora tem um sítio de ligação específico para a frutose (G). Assim, para ser transportada, essa molécula se liga ao sítio da proteína carreadora (H). Tal ligação faz a proteína carreadora alterar sua conformação, resultando na liberação da frutose no interior da célula (I).

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 88.

Professor, professora: Comente com os estudantes que a frutose é uma molécula polar, por isso não atravessa facilmente a membrana plasmática.

A organização dos lipídeos da membrana plasmática impede a passagem da maioria das moléculas. Além disso, muitas delas são transportadas contra o gradiente de concentração, ou seja, do meio menos concentrado para o mais concentrado. Isso torna necessário o transporte ativo, que requer o gasto de energia pela célula. Confira a seguir.

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 90.

A glicose, por exemplo, pode ser movimentada através membrana plasmática por meio de um cotransporte de íons sódio abre parênteses N a sobrescrito mais fecha parênteses$\left({\text{Na}}^{+}\right)$.

A proteína transmembrana, responsável por transportar a glicose para o interior da célula, apresenta um sítio de ligação tanto para esse carboidrato quanto para o N a sobrescrito mais${\text{Na}}^{+}$. Sendo assim, ambos são transportados do lúmen do intestino para o interior da célula intestinal (J). Como resultado desse processo, eleva-se a concentração de N a sobrescrito mais${\text{Na}}^{+}$ na célula.

Para remover esse íon, visando manter a concentração iônica adequada nos meios intracelular e extracelular, utiliza-se um transportador denominado bomba de sódio-potássio. Esse transportador é responsável por movimentar íons sódio para fora da célula e íon potássio abre parênteses K sobrescrito mais fecha parênteses$\left({\text{K}}^{+}\right)$ para o meio intracelular (K). Como esse transporte de íons ocorre contra o gradiente de concentração, há gasto de energia. Esse gasto é notado pela quebra do ATP (adenosina trifosfato) em ADP (adenosina difosfato) e fósforo abre parênteses P fecha parênteses$\left(\text{P}\right)$.

Professor, professora: Comente com os estudantes que o transporte de glicose pode ser ativo ou passivo, dependendo do tipo celular. Comentários nas Orientações para o professor.

Como estudamos, os transportes de células atuam de diferentes maneiras no organismo. Um exemplo é o enrugamento da pele das extremidades dos dedos quando ficamos em contato com a água por certo tempo. A osmose é um dos processos envolvidos nesse fenômeno.

Professor, professora: Enfatize aos estudantes que há algumas explicações para o enrugamento da pele envolvendo o contato com a água, e cientistas ainda estudam as relações fisiológicas e evolutivas desse processo com base em evidências científicas. Comentários nas Orientações para o professor.

Citoplasma

O citoplasma corresponde à região entre a membrana plasmática e o núcleo, sendo formado pelo citosol e as organelas nele submersas. O citosol é rico em água, tem grande quantidade de moléculas e é o local onde ocorre uma série de reações químicas.

Além dos diversos compartimentos, no citoplasma das células eucarióticas há uma rede de filamentos longos e finos de proteínas. Esse sistema de filamentos é chamado de citoesqueleto, sendo composto de diferentes tipos de proteínas, como microtúbulos de tubulina e filamentos de actina.

As células eucarióticas são complexas e precisam manter seus componentes organizados, bem como coordenar a distribuição de moléculas em seu interior. Essa organização é mantida pelo citoesqueleto.

Além disso, essa rede proteica ajuda a manter a estrutura celular, inclusive do núcleo, atua no posicionamento e na movimentação de organelas, auxilia no transporte interno de moléculas e na divisão celular, possibilita a movimentação das células no corpo, entre outras funções. Dessa forma, o citoesqueleto é essencial para que as células e o organismo como um todo permaneçam funcionando adequadamente.

Organelas

As organelas são estruturas e compartimentos celulares que desempenham funções específicas na célula. A seguir, vamos conhecer algumas dessas organelas.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 100-101.

Os ribossomos são organelas encontradas tanto em procariotos quanto em eucariotos e estão relacionados à síntese de proteínas na célula. Essas estruturas são formadas por duas unidades de diferentes tamanhos e densidades, que englobam mais de cinquenta tipos de proteínas e diversas moléculas de RNA ribossômico (RNAr). Enquanto as proteínas ribossomais são produzidas no citoplasma, as moléculas de RNAr são produzidas no nucléolo e liberadas separadamente no citosol pelos poros presentes na membrana nuclear.

Imagem elaborada com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 103.

O retículo endoplasmático é um conjunto interconectado de túbulos e vesículas achatadas, cujas membranas mantêm continuidade com a membrana nuclear. Ele está relacionado a diversas funções celulares, como síntese e modificação de proteínas e lipídios, destoxificação^✚ de certos compostos tóxicos e armazenamento de cálcio, que auxilia no processo de sinalização celular e contração muscular.

As diferentes funções do retículo endoplasmático são executadas em regiões distintas, as quais podem apresentar ribossomos aderidos em sua membrana ou não. O retículo endoplasmático granular (também conhecido como retículo endoplasmático rugoso) tem ribossomos associados à face citoplasmática de suas membranas e está relacionado à síntese e à modificação de proteínas. Já o retículo endoplasmático agranular (também conhecido como retículo endoplasmático liso) não tem ribossomos aderidos à sua membrana e desempenha as demais funções dessa organela.

O complexo golgiense, anteriormente conhecido como complexo de Golgi, consiste em um conjunto de vesículas esféricas e sacos revestidos por membrana plasmática (cisternas) e está envolvido no processo de modificação de proteínas e lipídios provenientes do retículo endoplasmático. Essas modificações são essenciais para tornar tais moléculas funcionais, bem como no armazenamento, no transporte e na distribuição dessas substâncias na célula. Além disso, o complexo golgiense pode atuar na formação de outras organelas, os lisossomos.

As mitocôndrias são organelas onde acontece a geração de energia química para as células pela oxidação de moléculas orgânicas, como a glicose. Esse processo é conhecido como respiração celular e envolve o consumo de gás oxigênio e a liberação de gás carbônico, além de energia. Esta é armazenada em moléculas de ATP utilizadas em diversas atividades celulares. Nas mitocôndrias, são encontrados ribossomos e DNA, de origem materna, possibilitando a multiplicação dessas organelas, mesmo que a célula não esteja se dividindo.

Professor, professora: Ao citar as mitocôndrias, comente com os estudantes que os ribossomos da mitocôndria são originados do genoma mitocondrial.

Os lisossomos apresentam formato esférico e estão envolvidos na digestão intracelular de materiais obtidos por endocitose, bem como na reciclagem de organelas citoplasmáticas e de material celular, pela autofagia celular^✚. Apesar da grande quantidade de enzimas, incluindo as proteases, e da acidez (pH em torno de 4,5 e 5) do interior do lisossomo, a membrana que o envolve não é degradada ou digerida por suas enzimas.

Os peroxissomos são organelas granulosas, envoltas por uma membrana simples e responsáveis pela degradação de ácidos graxos e pela destoxificação em células animais.

Os plastos são organelas vegetais e, assim como as mitocôndrias, têm um material genético próprio e dupla membrana. Podem sintetizar e armazenar pigmentos, como os cloroplastos, que produzem e armazenam clorofila, ou produzir e armazenar outras substâncias, como amido (amiloplastos), proteínas (proteoplastos) e óleos (oleoplastos).

Professor, professora: Se considerar pertinente, retome com os estudantes que a presença de material genético próprio e dupla membrana plasmática em mitocôndrias e plastos são evidências da endocitose de bactérias primitivas que possivelmente deram origem a essas organelas.

Os vacúolos são cavidades celulares envoltas por uma membrana e preenchidas por líquido. Nos vegetais, os vacúolos são responsáveis, por exemplo, pelo controle hídrico no interior da célula, acúmulo de nutrientes e metabólitos, digestão e depósito de toxinas e pigmentos. Nas células animais, os vacúolos estão relacionados, entre outras funções, à digestão intracelular.

Núcleo

O núcleo é o centro de comando de uma célula eucariótica, pois carrega em seu interior a maioria do material responsável pela informação genética. O núcleo celular apresenta diferentes estruturas. Acompanhe a seguir.

O envoltório nuclear, também denominado carioteca, é formado por duas membranas plasmáticas e envolve o núcleo, separando o material genético do citoplasma. Diferentemente das demais membranas celulares, esse envoltório apresenta poros em sua estrutura, por onde passam as substâncias que entram e saem do núcleo. O nucleoplasma corresponde a uma solução aquosa que preenche os espaços no interior do núcleo.

O nucléolo está presente nas células eucarióticas e está envolvido com a produção dos ribossomos com base na instrução contida no DNA.

Nos eucariotos, o material genético apresenta-se na forma de cromatina no interior do núcleo.

A.

B.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 103.

Em eucariotos, as moléculas de DNA estão organizadas em estruturas chamadas cromossomos. Cada um deles corresponde a uma longa molécula de DNA, que por sua vez se associa a proteínas específicas. Confira a seguir.

A cromatina é formada pelas moléculas de DNA associadas a proteínas específicas.

Uma molécula de DNA associada a proteínas (histonas) forma os nucleossomos. Quando atingem o maior grau de compactação, os nucleossomos correspondem ao cromossomo metafásico, observado durante a divisão celular.

O cromossomo metafásico é o estado mais condensado da cromatina, permanecendo nesse estado durante a divisão celular. Quando não está se dividindo, a cromatina fica menos condensada.

Cada cromossomo é formado por duas cromátides unidas por uma região mais estreita denominada centrômero. Geralmente, o cromossomo tem somente um centrômero.

Imagem elaborada com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 161.

Professor, professora: Comente com os estudantes que cromossomos metafásicos são aqueles observados durante a metáfase, uma das fases da divisão celular, que será estudada em detalhes nas páginas seguintes.

Ciclo celular

Uma das características dos seres vivos é a capacidade de multiplicação celular, essencial para que possam crescer e se reproduzir, por exemplo. Nos eucariotos, o ciclo celular inclui basicamente duas fases: a interfase, na qual a célula se prepara para se dividir, e a divisão celular, quando uma célula dá origem a células-filhas. A duração do ciclo celular varia entre os seres vivos e entre os tipos celulares.

Professor, professora: Comente com os estudantes que por muito tempo pensou-se que, nos seres humanos, quase todas as células se multiplicavam, com exceção das células nervosas e das células do músculo cardíaco. No entanto, estudos atuais têm demonstrado que essas células possivelmente também podem se multiplicar, revelando a necessidade de mais estudos sobre elas. Comentários nas Orientações para o professor.

Interfase

A interfase inclui três fases, conhecidas como G1, S e G2. Durante essas fases, ocorrem diversos eventos, como o aumento do volume celular, a multiplicação de organelas e a duplicação dos cromossomos, que passam a apresentar duas cromátides ligadas pelo centrômero, as chamadas cromátides-irmãs.

A duplicação dos cromossomos ocorre mais especificamente na fase S da interfase e seu condensamento, no início da divisão celular. Antes da interfase, cada cromossomo é composto de uma única cromátide.

Na interfase, também ocorre a organização de dois centrossomos, regiões onde há pares de centríolos^✚ e das quais partem filamentos. Esses darão origem aos fusos mitóticos, que atuam na distribuição do material genético nas células-filhas durante a divisão celular.

Divisão celular

A divisão celular é a etapa do ciclo celular em que uma célula origina células-filhas. Há dois tipos de divisão celular: a mitose e a meiose.

Mitose

A mitose é uma divisão equacional que ocorre quando uma célula origina duas células-filhas, cada uma com a mesma quantidade de cromossomos da célula que as originou. Esse tipo de divisão acontece nas células somáticas e compreende quatro fases: prófase, metáfase, anáfase e telófase.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 232-233.

Professor, professora: Comente com os estudantes que, na metáfase, os cromossomos atingem o grau máximo de condensação, sendo utilizados para a montagem de cariótipos.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 232-233.

Meiose

A meiose é uma divisão reducional que ocorre quando a célula em divisão origina quatro células-filhas, cada uma delas com a metade da quantidade de cromossomos da célula-mãe. Esse tipo de divisão celular acontece, por exemplo, nas células germinativas e é dividida em duas etapas: meiose I e meiose II.

A meiose I abrange prófase I, metáfase I, anáfase I e telófase I. Para facilitar o estudo da prófase I, há a definição de etapas: leptóteno, zigóteno, paquíteno, diplóteno e diacinese.

Professor, professora: Para facilitar a compreensão da meiose, foram adotadas cores distintas para os cromossomos homólogos (um de origem materna e outro de origem paterna); a distinção de cores também auxilia na compreensão do quiasma.

A.

B.

C.

D.

E.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil. A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 254-255.

JUNQUEIRA, Luiz Carlos; CARNEIRO, José. Biologia celular e molecular. 9. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. p. 197.

No final da prófase I, a sinapse alinha os cromossomos homólogos, que se condensam. O fuso mitótico se forma e os microtúbulos se ligarão a proteínas existentes nos centrossomos dos cromossomos. Finalizada a prófase I, a meiose I segue para as demais etapas: metáfase I, anáfase I e telófase I.

Metáfase I: Os cromossomos se alinham na região equatorial da célula e podem permanecer ligados pelos quiasmas.

Anáfase I: Os cromossomos homólogos, compostos de duas cromátides cada, deslocam-se até os polos opostos da célula.

Telófase I: Os cromossomos se agrupam no núcleo e a célula se divide em duas.

Depois da telófase I, há uma fase anterior à meiose II, denominada intercinese, similar à interfase da mitose. Nessa etapa, a cromatina pode permanecer descompactada e o material genético não é duplicado.

Durante a meiose II, ocorre a separação das cromátides-irmãs. Essa divisão é equacional, pois o material genético é distribuído igualmente entre as células-filhas, como na mitose. A meiose II compreende as etapas de prófase II, metáfase II, anáfase II e telófase II.

Prófase II: Os cromossomos se condensam.

Metáfase II: Os cromossomos duplicados se alinham na linha equatorial da célula.

Anáfase II: Ocorre a separação das cromátides-irmãs, que são puxadas para polos opostos da célula.

Telófase II: Os cromossomos se descompactam, o núcleo se forma e acontece a citocinese. São formadas quatro células-filhas com a metade da quantidade de cromossomos da célula parental.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil. A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 254-255.

JUNQUEIRA, Luiz Carlos; CARNEIRO, José. Biologia celular e molecular. 8. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. p. 197.

Origem da biodiversidade

Leia a manchete e responda às questões propostas a seguir.

Disponível em: https://s.livro.pro/apqfyl. Acesso em: 5 ago. 2024.

Desde sua formação, a Terra passou por inúmeras mudanças, que, em determinado momento da história geológica, possibilitaram o surgimento da vida. As primeiras formas de vida também foram capazes de alterar o ambiente que habitavam. Assim, em milhões de anos, todas essas alterações contribuíram para que as formas de vidas se tornassem cada vez mais diversas.

Ao longo da história geológica terrestre, muitas espécies de seres vivos surgiram, enquanto outras foram extintas. As formas atuais de vida na Terra são bastante variadas, incluindo desde organismos microscópicos até seres vivos estruturalmente maiores e mais complexos. Além disso, ocupam os mais variados ambientes do planeta e apresentam necessidades específicas para sua existência.

Para conhecermos como ocorreu a diversificação de espécies de seres vivos na Terra, é preciso, primeiramente, conhecer a organização do tempo geológico, que se estende da formação da Terra, há cerca de 4,6 bilhões de anos, aos dias atuais. O tempo geológico é dividido em diferentes intervalos de tempo. Confira a seguir um esquema simplificado do tempo geológico terrestre e algumas de suas divisões.

Imagem elaborada com base em: COHEN, Kim M. et al. International Chronostratigraphic Chart International Commission on Stratigraphy. Episodes, v. 36, n. 3, 213. p. 200-201. Disponível em: https://s.livro.pro/1zy3pu. Acesso em: 5 ago. 2024.

Embora a vida na Terra tenha se iniciado há mais de 3 bilhões de anos, a diversificação dos seres vivos ocorreu principalmente no final do éon Proterozoico. A seguir, vamos conhecer mais detalhes sobre a origem e a diversificação da vida no planeta ao logo do tempo.

Como observamos na imagem apresentada anteriormente, a história da vida na Terra pode ser dividida em quatro éons. No éon Hadeano, intensos processos geológicos modelavam o interior e a superfície da Terra. Nesse éon, não há registros de seres vivos, uma vez que as condições do planeta eram pouco favoráveis à vida.

Por volta de 3,7 bilhões de anos atrás, no éon Arqueano, estruturaram-se as primeiras formas de vida: células procarióticas, ancestrais dos atuais grupos de bactérias, arqueias e eucariotos.

Durante o éon Proterozoico, as condições da Terra sofreram alterações, como mudanças nos níveis de gás oxigênio abre parênteses O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{O}}_2\right)$, aumento das temperaturas e formação da camada de ozônio. Essas e outras condições possibilitaram o desenvolvimento de formas de vida mais complexas, como a multicelularidade. No final desse éon, os registros fósseis indicam uma explosão de diferentes formas de vida, popularmente conhecidas como Fauna de Ediacara, composta basicamente de invertebrados. No entanto, grande parte desses seres vivos foram extintos no início do éon seguinte, o que pode ter acontecido pelo aumento de espécies predadoras ou pela competição com novas espécies por recursos, como nutrientes.

No éon Fanerozoico, observa-se uma intensa diversificação das formas de vida na Terra. Para compreender essa diversificação, vamos explorar com mais detalhes os diferentes períodos desse éon.

O período Cambriano marcou uma mudança na complexidade e na diversidade de seres vivos na Terra. Nele, ocorreu diversificação dos invertebrados. Originaram-se também os primeiros cordados, grupo de animais ao qual pertencem os vertebrados e os primeiros peixes sem mandíbula, os agnatas.

No Cambriano, a vida possivelmente estava restrita aos oceanos. Nesse ambiente, desenvolveram-se formas de vida de hábitos predadores, com garras, carapaças e espinhos protetores, por exemplo.

No período Ordoviciano, os invertebrados marinhos continuaram a se diversificar. Nele, houve predomínio dos recifes de corais. Além dos agnatas existentes, há indícios da origem dos primeiros peixes com mandíbulas. As tentativas de colonização do ambiente terrestre, por ancestrais precursores das plantas, possivelmente ocorreram nesse período.

Muitas das espécies do Ordoviciano viviam no fundo dos mares. Os agnatas, por exemplo, se alimentavam basicamente de lodo marinho, composto de algas e microrganismos.

No período Siluriano, verifica-se o domínio dos peixes agnatas e a origem de artrópodes terrestres, os primeiros animais a ocupar esse ambiente. Além deles, plantas de pequeno porte iniciaram a ocupação dos ambientes terrestres. Há evidências de que nesse período tenham se desenvolvido as primeiras plantas vasculares.

A ocupação do ambiente terrestre no Siluriano está relacionada ao desenvolvimento de diversas adaptações nos animais e nas plantas. Um exemplo é o desenvolvimento de estruturas e mecanismos para evitar a desidratação.

Imagens elaboradas com base em: EARLY life on Earth – animal origins. National Museum of Natural History. Disponível em: https://s.livro.pro/uyin7u. Acesso em: 8 ago. 2024.

PALMER, Douglas. Evolução: a história da vida. Tradução: Ana Carolina Nogueira. São Paulo: Larousse do Brasil, 2009.

Professor, professora: A abordagem da fauna terrestre ao longo do tempo geológico cita alguns grupos de seres vivos que serão estudados com mais detalhes no capítulo seguinte.

No período Devoniano, houve diversificação dos peixes com e sem mandíbula. Originaram-se também os primeiros tetrápodes, representados por animais semelhantes aos atuais anfíbios; as plantas vasculares ocuparam o ambiente terrestre e formaram-se as primeiras florestas.

A formação das primeiras florestas no Devoniano gerou ambientes propícios para a vida de uma série de organismos. Os animais semelhantes aos atuais anfíbios foram os primeiros cordados a ocupar esses ambientes, embora ainda fossem dependentes da água abre parênteses H subscrito 2 O fecha parênteses$\left({\text{H}}_2\text{O}\right)$ para a reprodução e para as fases iniciais de desenvolvimento.

O período Carbonífero foi dominado por plantas vasculares, formando vastas florestas ricas em artrópodes. Desenvolveram-se as primeiras plantas com semente, as gimnospermas. Nesse período, também ocorreu a origem dos répteis em ambiente terrestre. No final do Carbonífero, observa-se uma nova glaciação , ou seja, um período de resfriamento da Terra.

A origem dos répteis no Carbonífero foi essencial para a ocupação definitiva do ambiente terrestre, com independência da água para a reprodução. No Carbonífero, as florestas foram dominadas por pteridófitas e houve proliferação dos insetos voadores.

O período Permiano iniciou com um aumento progressivo da temperatura terrestre, resultando no derretimento do gelo e na elevação dos níveis dos oceanos. Verifica-se a dispersão das gimnospermas, que deram origem a grandes florestas.

Embora os eventos de extinção de espécies tenham ocorrido durante toda a história da vida na Terra, ao final do Permiano houve uma extinção em massa, responsável por eliminar mais de 90% das espécies de seres vivos. Isso possivelmente aconteceu em razão da intensa atividade vulcânica, que resultou na liberação de grande quantidade de gases de efeito estufa na atmosfera, intensificando esse efeito.

Durante o Permiano, os répteis dominaram o ambiente terrestre nos mais diversos hábitats e deram origem a diversos grupos distintos, incluindo os terapsídeos, um grupo ancestral dos mamíferos.

No final do período Triássico, surgiram os primeiros dinossauros e os primeiros mamíferos.

Os primeiros dinossauros eram criaturas relativamente pequenas. Durante o Triássico, esses seres vivos competiam por alimento e território com outros animais, incluindo as primeiras tartarugas e os tecodontes (ancestrais das aves).

Imagens elaboradas com base em: PALMER, Douglas. Evolução: a história da vida. Tradução: Ana Carolina Nogueira. São Paulo: Larousse do Brasil, 2009.

No período Jurássico, os mares foram dominados por répteis marinhos e originaram-se os grandes dinossauros, inclusive aqueles dotados de penas. Tais estruturas auxiliavam na manutenção da temperatura corporal, mas não possibilitavam o voo. No final desse período, surgiram as aves, e os ambientes terrestres eram dominados por gimnospermas.

A proliferação e a diversificação dos dinossauros no Jurássico possibilitaram que eles ocupassem os mais diversos ambientes do planeta: na água, na terra ou no ar. Desenvolveram-se desde espécies de poucos centímetros de comprimento até outras com mais de 30 metros da cabeça até a ponta da cauda.

No período Cretáceo, originaram-se as angiospermas, bem como ocorreu ampla diversificação de insetos e de mamíferos de pequeno porte. Nesse momento, verifica-se uma grande extinção provocada, possivelmente, pela queda de um meteoro, que resultou na dizimação dos dinossauros e no domínio de outros grupos de seres vivos, como os mamíferos.

No Cretáceo, a extinção dos dinossauros e a aquisição de uma série de adaptações evolutivas – como o corpo coberto por pelos e a capacidade de regulação da temperatura corporal – possibilitaram aos mamíferos dominar diversos ambientes da Terra. As angiospermas, por sua vez, com suas estratégias de polinização e dispersão, também obtiveram grande sucesso adaptativo nesse período do tempo geológico.

No período Paleógeno, verifica-se o domínio e a diversificação de aves e mamíferos, além da diversificação de peixes ósseos e da origem dos primeiros primatas.

No período Neógeno, há cerca de 7 milhões de anos, verifica-se a origem de Sahelanthropus tchadensis, o mais antigo ancestral exclusivo da espécie Homo sapiens.

No período Quaternário, entre 2,4 e 1,6 milhão de anos, origina-se o gênero Homo, do qual evoluiu a espécie H. sapiens, há cerca de 200 mil anos.

Os primeiros primatas eram, muito provavelmente, animais arborícolas e de hábitos noturnos. Esses organismos ancestrais deram origem a lêmures, macacos e grandes primatas.

A presença de dentes caninos reduzidos, a face achatada e as evidências de uma postura ereta/bípede são algumas das características que todos os hominídeos compartilham, inclusive os mais antigos já encontrados.

Maior volume cerebral, ossos e articulações do quadril adaptados a longas caminhadas e dedos dos pés não adaptados a hábitos arborícolas são algumas das características compartilhadas por espécies do gênero Homo.

Imagens elaboradas com base em: PALMER, Douglas. Evolução: a história da vida. Tradução: Ana Carolina Nogueira. São Paulo: Larousse do Brasil, 2009.

Classificação dos seres vivos

Diversas situações do nosso dia a dia envolvem a organização de itens de acordo com critérios específicos. E os seres vivos, você já parou para refletir sobre como eles podem ser classificados? E, afinal, qual é a necessidade de fazer isso?

Professor, professora: Incentive os estudantes a responder às questões sugeridas no primeiro parágrafo do tema Classificação dos seres vivos.

Classificar significa distribuir determinados objetos, itens ou seres vivos em grupos, seguindo um critério ou método. Em todo o planeta, há uma grande quantidade de seres vivos com semelhanças e diferenças entre si, e muitos deles sequer foram descritos ou classificados. Segundo dados de 2024 da União Internacional para a Conservação da Natureza (IUCN), estima-se que existam mais de 2 milhões de espécies descritas. Para facilitar o estudo de toda essa diversidade, os seres vivos são agrupados ou separados de acordo com determinados critérios.

Desde os tempos mais remotos, o ser humano busca classificar os elementos da natureza, visando criar uma ordem. A taxonomia surge, portanto, com esse objetivo podendo ser definida como a ciência responsável por identificar, descrever, classificar e nomear os organismos do planeta. Os profissionais que atuam nessa área são denominados taxonomistas.

Desde os tempos mais remotos, o ser humano busca classificar os elementos da natureza, visando criar uma ordem. A taxonomia surge, portanto, com esse objetivo podendo ser definida como a ciência responsável por identificar, descrever, classificar e nomear os organismos do planeta. Os profissionais que atuam nessa área são denominados taxonomistas.

Ao longo do tempo, tanto no Ocidente quanto no Oriente, foram desenvolvidos diferentes sistemas de classificação dos seres vivos. Um deles foi o criado pelo filósofo grego Aristóteles (384 a.C.-322 a.C) e era conhecido como escala da natureza. No nível mais baixo dela estaria a matéria inanimada; depois, viriam os seres vivos, divididos em plantas e animais; no nível mais elevado, encontrava-se o ser humano, que tinha as mesmas características dos outros animais, mas era também dotado de razão.

Desde o século III a.C., os chineses identificavam as plantas com nomes compostos de duas palavras, o que os auxiliava na classificação e no reconhecimento delas. Por exemplo, o médico e botânico chinês Li Shizhen (1518-1593), escreveu a obra A grande farmacopeia, em que apresenta diversas plantas com seus respectivos nomes.

Os povos mesopotâmicos também criaram um sistema de classificação dos seres vivos, no século II a.C. Nele, os animais eram separados em peixes e outros seres vivos aquáticos e havia uma diferenciação entre serpentes, aves e animais quadrúpedes. As plantas eram classificadas em árvores, cereais, ervas, especiarias e plantas com fins medicinais.

Durante vários séculos, os seres vivos foram classificados apenas em plantas e animais. No entanto, com o crescente aumento da quantidade de espécies descobertas, descritas e nomeadas, os cientistas começaram a enfrentar dificuldades para classificá-los somente nesses dois grupos. Então, criaram um sistema mais elaborado para esse fim.

Em 1735, o naturalista sueco Carl von Linnaeus (1707-1778) publicou um documento chamado Systema Naturae (em português, Sistema da Natureza), no qual dividia os elementos da natureza em minerais, plantas e animais. Além disso, propôs um sistema hierárquico para classificar o mundo natural, que é a base do sistema de nomenclatura que utilizamos atualmente.

Nesse novo sistema de classificação, os seres vivos seriam agrupados em categorias progressivamente mais inclusivas, como espécie, gênero, ordem, classe e reino, de acordo com as estruturas visíveis (internas e externas) desses organismos.

Após o sistema proposto por Linnaeus, foram criadas outras categorias de classificação dos seres vivos, denominadas táxons. Cada táxon engloba um grupo de seres vivos que têm características semelhantes entre si. Atualmente, os principais táxons utilizados são: domínio, reino, filo, classe, ordem, família, gênero e espécie. Acompanhe o exemplo a seguir.

REINO: nível hierárquico composto de diferentes filos.

Exemplo: Reino Animalia.

FILO: nível hierárquico composto de diferentes classes.

Exemplo: Filo Chordata.

CLASSE: nível hierárquico composto de diferentes ordens.

Exemplo: Classe Chondrichthyes.

ORDEM: nível hierárquico composto de diferentes famílias.

Exemplo: Ordem Lamniformes.

FAMÍLIA: nível hierárquico composto de diferentes gêneros.

Exemplo: Família Lamnidae.

GÊNERO: nível hierárquico composto de diferentes espécies.

Exemplo: Gênero Lamna.

ESPÉCIE: unidade básica do sistema taxonômico e, geralmente, o menor nível de organização dos seres vivos.

Exemplo: Espécie Lamna nasus.

Tubarão-sardo (L. nasus): pode atingir aproximadamente 3 vírgula 6 metros$\mathrm{3,6}\text{ m}$ de comprimento.

Representação da classificação taxonômica de Lamna nasus, conhecido popularmente como tubarão-sardo.

Professor, professora: Ao citar os táxons, comente com os estudantes que é possível adotar prefixos, como "infra", "sub" e "super", que possibilitam ampliar a quantidade de categorias. Por exemplo: subgênero, subespécie, superfamília etc.

Nomenclatura binomial

Quando os seres vivos começaram a ser classificados, eram nomeados com termos comuns ou com frases descritivas. No entanto, esse sistema resultava em nomes muito extensos, repetições e confusões de nomenclaturas, o que dificultava o fluxo de informações ao redor do mundo. Isso mudou com as propostas de classificação de Carl von Linnaeus.

Na obra intitulada Species Plantarum, voltada para classificação das plantas, Linnaeus criou um sistema cujo objetivo era facilitar o reconhecimento das espécies e criar uma ordem, sem demonstrar relações de parentesco e descendência entre elas.Esse trabalho estabeleceu padrões que, posteriormente, originaram o sistema binomial de nomenclatura, empregado tanto para plantas quanto para animais.

De acordo com o sistema binomial de nomenclatura, cada espécie recebe um nome único composto de duas palavras. Considere o nome científico do peixe-boi-da-amazônia: Trichechus inunguis. Esses termos devem ser escritos em latim e destacados no texto em itálico (Trichechus inunguis) ou em negrito (Trichechus inunguis) ou, ainda, sublinhados separadamente (Trichechus inunguis).

Peixe-boi-da-amazônia (T. inunguis): pode atingir aproximadamente 3 metros$3\text{ m}$ de comprimento.

A 1ª palavra do nome científico – Trichechus, no exemplo – é chamada epíteto genérico e se refere ao gênero do ser vivo. Ela deve ser escrita com letra inicial maiúscula.

A 2ª palavra do nome científico – inunguis, no exemplo – é chamada epíteto específico e se refere à espécie do ser vivo. Ela deve ser escrita com letra inicial minúscula.

Ao ser mencionado pela primeira vez em um texto escrito, o nome científico deve ser grafado na forma completa. Da segunda menção em diante, pode ser abreviado. Essa abreviação é composta da primeira letra maiúscula do epíteto genérico com ponto-final, seguido do epíteto específico, que não pode ser abreviado. No caso do exemplo: T. inunguis.

Como você acabou de estudar, cada espécie tem um nome científico específico. Afinal, o que é considerado espécie?

O conceito biológico de espécie mais amplamente utilizado foi formulado pelo geneticista e evolucionista ucraniano Theodosius Dobzhansky (1900-1975) e pelo biólogo alemão Ernst Mayr (1904-2005), sob influência da teoria evolutiva dos naturalistas ingleses Charles Darwin (1809-1882) e Alfred Wallace (1823-1913). De acordo com essa definição, espécie caracteriza um grupo de organismos semelhantes entre si e capazes de intercruzar em condições naturais, originando descendentes férteis. Assim, as espécies são grupos de organismos que têm compatibilidade reprodutiva entre si, estando isolados reprodutivamente de outros.

Embora esse conceito seja amplamente usado, tem algumas limitações e não se aplica a fósseis ou espécies de reprodução assexuada. Nesses casos, a identificação das espécies é feita sobretudo com base em análises morfológicas. Estas, no entanto, não devem ser as únicas consideradas na definição de uma espécie.

Professor, professora: No caso de espécies de fósseis ou de indivíduos que se reproduzem assexuadamente, é necessário considerar outras características além das morfológicas, pois, muitas vezes, indivíduos da mesma espécie podem apresentar alterações nas suas características visíveis, resultado, por exemplo, de mudanças nas condições ambientais, ou da variação natural de algumas características ao longo do desenvolvimento. É preciso considerar também que muitas espécies apresentam dimorfismo sexual, em que machos e fêmeas são bastante distintos fisicamente.

Sistemática filogenética

Assim como parte da taxonomia, a sistemática também é responsável pela descrição dos organismos vivos. Além disso, busca compreender as relações evolutivas das espécies, reconstruindo a relação evolutiva entre elas inclusive as já extintas. Essa relação ou história evolutiva de um grupo de seres vivos é chamada de filogenia.

A sistemática filogenética, ou filogenia, surgiu nos anos 1950, embasada nas pesquisas do entomologista alemão Willi Hennig (1913-1976). Esses estudos tinham como objetivo classificar os seres vivos de modo a reconstruir a história evolutiva do grupo e compreender como ocorreu a evolução de suas características.

A filogenia está intimamente relacionada à evolução, que, por sua vez, relaciona-se à diversidade dos seres vivos. Por isso, é importante compreender alguns processos que geram essa diversidade, como a anagênese e a cladogênese.

Entende-se por anagênese a alteração ou o surgimento de uma ou mais características em uma mesma população, ao longo do tempo, e que se tornam parte dela.

Já a cladogênese é um processo evolutivo de ruptura de uma população e formação de duas ou mais populações independentes, que não trocam mais material genético entre si. Assim, originam-se duas novas espécies. Esse processo está relacionado a algum evento que provoque a separação de populações, como uma barreira geográfica.

Acompanhe a seguir exemplos dos processos de anagênese e cladogênese, respectivamente.

Determinada população de borboletas tem apenas asas de cor avermelhada (A). Com o passar do tempo, alguns indivíduos dessa população nascem com manchas azuis nas asas. Esse padrão de cor continua a aparecer nas gerações seguintes, em frequências cada vez maiores, até que, em determinado momento, todos os indivíduos dessa população passam a ter asas avermelhadas com manchas azuis (B).

Determinada população de borboletas (A) tem seu hábitat dividido pela formação de uma cadeia montanhosa – o que constitui uma barreira geográfica –, impedindo os indivíduos de atravessá-la. Com isso, são formadas duas populações, uma em cada lado da cadeia de montanhas. Com o passar do tempo, o isolamento dessas populações e o surgimento de novas características (anagênese) acabam originando duas novas espécies de borboletas (B e C) diferentes da original (A).

Imagens elaboradas com base em: REECE, Jane B. et al. Biologia de Campbell. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. p. 514.

Professor, professora: Após a resolução da questão 6, enfatize que no caso da cladogênese, a população foi dividida em duas, por conta do aparecimento de uma barreira geográfica. Assim, as duas populações passam a evoluir de maneira independente, acumulando diferenças entre si ao longo das gerações até que a reprodução entre os indivíduos das duas populações seja impossível.

Cladograma

Na sistemática, as relações entre os seres vivos podem ser representadas por meio de diagramas chamados cladogramas. Eles são construídos de maneira a identificar o parentesco entre as espécies, ou seja, o quanto determinada população está geneticamente próxima ou distante de outra. Portanto, o cladograma caracteriza-se como um resumo da história evolutiva de um ou vários grupos de seres vivos, como pode ser acompanhado na imagem a seguir.

Imagem elaborada com base em: FUTUYMA, Douglas J. Biologia evolutiva. 2. ed. Ribeirão Preto: FUNPEC, 2003. p. 307.

Tempo: conforme o tempo passa, eventos de anagênese ocorrem em determinada população. Em certo momento pode acontecer a cladogênese e, consequentemente, a formação de duas novas espécies.

Raiz: na raiz de um cladograma está a espécie ancestral, ou ancestral comum, que originou os grupos descendentes.

Ramo: nos ramos do cladograma são indicadas as novas espécies, formadas por eventos de cladogênese.

Nós: o nó representa o acontecimento de algum evento de cladogênese, que separa a população original em duas novas. Essas populações sofrem anagênese com o passar do tempo e se tornam espécies distintas.

Espécies terminais: as espécies terminais são descendentes dos seres vivos ancestrais, que passaram pelo processo de descendência com modificação, fósseis ou espécies extintas.

Grupos irmãos: os grupos irmãos são duas linhagens (cada uma delas com uma ou mais espécies), evolutivamente próximas e que compartilham o mesmo nó.

Filogenia molecular

A filogenia molecular proveu informações que facilitam a compreensão dos eventos evolutivos e a construção de árvores filogenéticas. Essa área do conhecimento se baseia em análises moleculares para reconstruir o processo evolutivo das espécies.

Em 1904, um estudo realizado pelo biólogo estadunidense George Henry Falkiner Nuttall (1862-1937) demonstrou que era possível usar dados moleculares para determinar as relações filogenéticas entre várias espécies. No entanto, em razão da limitação de técnicas moleculares, a filogenia molecular só passou a ser amplamente utilizada a partir de 1980, quando análises de DNA, RNA e proteínas tornaram-se possíveis.

Atualmente, as análises filogenéticas são realizadas por meio do sequenciamento das estruturas macromoleculares (DNA, RNA e proteínas). Na construção das árvores filogenéticas, os dados moleculares obtidos por meio do sequenciamento das macromoléculas podem ser transformados em números. Isso favorece a análise matemática e estatística.

Esses dados moleculares são novamente transformados, organizados e comparados por meio de computadores programados para executar essas funções.

Apesar da importância da filogenia molecular, os critérios tradicionais da Anatomia, da Morfologia, da Fisiologia e da Paleontologia continuam sendo importantes para os estudos das relações filogenéticas entre populações ou espécies.

Bactérias

É comum associarmos as bactérias a uma série de aspectos negativos de nossas vidas, como doenças. No entanto, esses organismos têm outras características e podem, inclusive, gerar benefícios para o meio ambiente e para nós, seres humanos. Como exemplo, leia o trecho de reportagem a seguir.

CORRÊA, Douglas. Joinville vai começar a usar bactéria wolbachia no combate à dengue. Agência Brasil, 2 jul. 2024. Disponível em: https://s.livro.pro/wqtxjl. Acesso em: 5 ago. 2024. (Adaptado)

Você pode não enxergar as bactérias a olho nu, mas elas estão por toda parte: sobre os seres vivos ou no interior deles, no solo, na água, no ar, nos alimentos e até mesmo em locais considerados inóspitos para quase todo tipo de vida.

As bactérias são seres vivos unicelulares, procarióticos, em sua maioria microscópicos e têm formatos variados. Vamos estudar a seguir diferentes estruturas da célula bacteriana, que são essenciais para o crescimento e desenvolvimento delas.

Professor, professora: Ao abordar o tamanho das bactérias, comente com os estudantes que, embora a quase totalidade das espécies seja microscópica, Thiomargarita magnifica pode superar 0 vírgula 9 centímetro$\mathrm{0,9}\text{ cm}$ de comprimento, tornando-se visível a olho nu.

Imagem elaborada com base em: TORTORA, Gerard J.; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L. Microbiologia. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 76.

Em geral, o crescimento bacteriano está relacionado ao aumento na quantidade de células bacterianas e, na maioria das bactérias, ocorre por meio de um processo chamado fissão binária. Acompanhe a seguir.

Imagem elaborada com base em: TORTORA, Gerard. J.; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L. Microbiologia. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 164.

Diversas situações do nosso dia a dia, como os prejuízos com a decomposição de alimentos e as doenças causadas por bactérias, envolvem a multiplicação de células bacterianas. Para iniciarmos o estudo sobre o crescimento bacteriano, analise o gráfico a seguir.

Crescimento bacteriano

Fonte de pesquisa: TORTORA, Gerard. J.; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L. Microbiologia. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 166.

O crescimento de uma população bacteriana pode ser representado em um gráfico chamado curva de crescimento, como o apresentado. A análise desse gráfico possibilita identificar quatro etapas no crescimento populacional bacteriano: fase lag (I), fase log (II), fase estacionária (III) e fase de declínio ou morte celular (IV).

Na fase lag, observada no início do cultivo, as células apresentam intensa atividade metabólica, mas ainda não se reproduzem. Na fase log, elas iniciam o processo de divisão e ocorre o aumento exponencial da quantidade de células. Na fase estacionária, as células bacterianas param de se multiplicar. Já na fase de declínio ou morte celular, a quantidade de bactérias mortas ultrapassa o de células vivas.

O tempo necessário para que suceda a divisão de uma célula é chamado de tempo de geração e varia de acordo com a espécie. Por exemplo, em condições ideais, a geração da bactéria Escherichia coli dura 20 minutos. Isso significa que, após esse tempo, duas bactérias são formadas. Consequentemente, ao final de 40 minutos, são geradas quatro bactérias; ao final de 60 minutos, oito bactérias; ao final de 80 minutos, 16 bactérias; e assim sucessivamente. Dessa forma, após 20 gerações, existirão aproximadamente 1.000.000 de células bacterianas.

O tempo de geração está diretamente relacionado à taxa de crescimento bacteriano e pode sofrer influência de diferentes fatores, como temperatura, potencial hidrogeniônico (pH), aeração do meio, disponibilidade de nutrientes, umidade e salinidade.

As bactérias apresentam temperatura mínima, ótima e máxima de crescimento. A temperatura ótima refere-se àquela em que as enzimas estão na forma mais ativa e o crescimento das bactérias é mais rápido. Já as temperaturas mínima e máxima são, respectivamente, a menor e a maior temperatura na qual a bactéria é capaz de se multiplicar. Abaixo ou acima delas, as células bacterianas não se multiplicam e podem até morrer. Esses índices variam entre os microrganismos, sendo alguns mais tolerantes a altas temperaturas e outros, a baixas temperaturas.

A disponibilidade de nutrientes, gases e luz solar também pode interferir no crescimento bacteriano. Tal interferência depende do metabolismo da bactéria, que é bastante variável e envolve diferentes tipos de padrões nutricionais, de acordo com a fonte de energia e de carbono abre parênteses C fecha parênteses$\left(\text{C}\right)$. Confira a seguir.

O gás oxigênio também interfere no crescimento bacteriano, conforme mostra o esquema a seguir.

Professor, professora: Se necessário, auxilie os estudantes a interpretar os resultados dos tubos de ensaio. Explique que as porções mais escuras no interior dos tubos de ensaio representam as células bacterianas e as porções mais claras, o meio de cultura.

Imagem elaborada com base em: TORTORA,Gerard. J.; FUNKE, Berdell R.; CASE, Christine L.Microbiologia. 12. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 155.

Como você pôde perceber, a concentração de gás oxigênio no meio de cultura interferiu no crescimento bacteriano. Essa variação é resultado dos diferentes níveis de tolerância das bactérias a esse gás e de sua utilização ou não na respiração. Acompanhe a seguir.

• Tubo A – Aeróbicas obrigatórias: exigem a presença de gás oxigênio, pois o utilizam em sua respiração.
• Tubo B – Anaeróbicas facultativas: desenvolvem-se preferencialmente na presença de gás oxigênio, mas podem também o fazer na ausência desse gás.
• Tubo C – Anaeróbicas obrigatórias: não utilizam o gás oxigênio em sua respiração e morrem na presença dele.
• Tubo D – Anaeróbicas aerotolerantes: não utilizam gás oxigênio em sua respiração, mas podem sobreviver em sua presença.
• Tubo E – Microaerófilas: exigem a presença de pequenas quantidades de gás oxigênio.

Professor, professora: Comente com os estudantes que o processo feito pelas bactérias fotoautotróficas, que utilizam a água para reduzir o gás carbônico, como as cianobactérias, resulta na formação de gás oxigênio. Esse gás não é formado no processo realizado por outras bactérias fotoautotróficas que apresentam bacterioclorofilas, pigmentos distintos da clorofila. Nesse caso, não há formação de gás oxigênio.

O pH é outro fator que interfere no crescimento bacteriano. A maioria das espécies de bactérias cresce em ambientes neutros, ou seja, nem ácidos nem básicos. Entretanto, algumas conseguem crescer em ambientes extremamente ácidos ou básicos, como Acidithiobacillus ferrooxidans e Leptospirillum ferrooxidans, que vivem em águas com pH entre 2 e 3.

Bactérias, ambiente e outros seres vivos

A variedade metabólica das bactérias possibilita que elas ocupem diversos ambientes na Terra e desempenhem diferentes papéis.

Os corpos dos seres humanos e de outros seres vivos são povoados por inúmeras bactérias, que podem causar benefícios ou, em determinadas situações, prejuízos à saúde. Elas também atuam na decomposição da matéria orgânica, auxiliando na ciclagem de nutrientes no ambiente e entre os seres vivos. Há também algumas que se associam, de maneira benéfica, a outros seres vivos, auxiliando na absorção de nutrientes do meio, como as presentes nas raízes de algumas plantas.

Os compostos provenientes do metabolismo bacteriano podem ser utilizados nas indústrias alimentícia, cosmética e farmacêutica e na agricultura, por exemplo. Sendo assim, muitos produtos consumidos atualmente são elaborados com a participação de bactérias. Confira os exemplos a seguir.

Na indústria alimentícia, a fermentação láctica, realizada por espécies como Lactobacillus bulgaricus e Streptococcus thermophilus, é empregada na fabricação de queijos e iogurtes.

Na indústria farmacêutica, a bactéria Escherichia coli, após ser modificada geneticamente, é empregada na produção da insulina sintética, utilizada por diabéticos. Outras espécies são usadas na produção de antibióticos.

A bactéria Bacillus thuringiensis é encontrada no solo e pode ser empregada na produção de bioinseticidas, produtos utilizados para o controle de pragas em plantações.

Os avanços tecnológicos também possibilitam a aplicação das bactérias para outros fins medicinais, além da produção de medicamentos. A bactéria Acetobacter xylinum, por exemplo, encontrada na matéria orgânica em decomposição, produz um tipo de celulose semelhante à das plantas. Esse produto bacteriano pode ser empregado na produção de películas que auxiliam na recuperação da pele humana após lesões e antes de transplantes, por exemplo.

Apesar da importância das bactérias para o ambiente e para outros seres vivos, elas também são responsáveis por causar doenças. A bactéria Agrobacterium vitis, por exemplo, contamina o sistema vascular de algumas plantas, interferindo na distribuição de materiais nos tecidos vegetais.

Protistas heterotróficos

Leia a manchete a seguir.

Disponível em: https://s.livro.pro/b1rqw1. Acesso em: 5 ago. 2024.

Professor, professora: As relações filogenéticas entre os seres vivos, de modo geral, são bastante complexas e ainda não são totalmente compreendidas. Assim, para fins didáticos e de estudo científico, por vezes, torna-se conveniente utilizar termos informais ("termos de conveniência") para se referir a um conjunto de organismos que não são monofiléticos, ou seja, não compartilham ancestral comum, mas compartilham a presença ou a ausência de determinado atributo. Entre esses "termos de conveniência" estão algas e protistas: cada um deles se refere a conjuntos de grupos de seres vivos com parentesco evolutivo distante.

A malária é transmitida aos seres humanos pela picada da fêmea do mosquito do gênero Anopheles. Ao se alimentar do sangue de animais, como seres humanos, ela transmite Plasmodium spp., causador dessa doença. A proliferação desses mosquitos está diretamente relacionada com as condições ambientais. A fragmentação de hábitats, resultante de atividades humanas, como desmatamento, favorece a proliferação desses insetos e facilita o contato deles com seres humanos. Além disso, modelos sugerem que a intervenção antrópica na Amazônia fará que a espécie predominante nessa região se dissemine para outras áreas, como o Sul do país.

Plasmodium spp. é um exemplo de protista. Os protistas incluem uma grande diversidade de seres vivos eucarióticos, principalmente microscópicos, unicelulares ou pluricelulares, autotróficos ou heterotróficos.

Os protistas unicelulares e heterotróficos são popularmente chamados de protozoários. Eles são encontrados no solo, na água ou no interior de outros seres vivos, podendo ser, portanto, tanto espécies de vida livre quanto parasitas de plantas e animais.

A maioria das espécies de protistas heterotróficos realiza respiração aeróbia, ou seja, utiliza o gás oxigênio para obter energia. Alguns, como aqueles que vivem no intestino de certos animais, no entanto, são capazes de crescer e se desenvolver na ausência desse gás.

Os protistas heterotróficos podem se alimentar de bactérias e partículas em suspensão no meio. O alimento pode ser transportado para o interior da célula através da membrana plasmática ou por meio de estruturas especializadas na ingestão dele. A digestão ocorre no interior de estruturas chamadas vacúolos digestivos. Esses protistas também possuem vacúolos pulsáteis, estruturas responsáveis por controlar a quantidade de água na célula.

Os protistas heterotróficos podem ser sésseis^✚, como os do gênero Vorticella, ou livres-natantes. Nesse caso, eles podem apresentar estruturas que auxiliam na locomoção, como cílios e flagelos, ou projeções do citoplasma, chamados pseudópodes, que auxiliam tanto na locomoção quanto na obtenção de alimento.

Professor, professora: A maioria dos protistas heterotróficos locomove-se por meio de movimentos do citoplasma ou pela ação de estruturas auxiliares, como os cílios e os flagelos. A presença ou a ausência dessas estruturas pode ser utilizada para classificar os protozoários em diferentes grupos. Mais informações sobre essa classificação estão disponíveis nas Orientações para o professor.

Protistas heterotróficos, ambiente e outros seres vivos

Além da malária, os protistas heterotróficos são capazes de causar diferentes doenças, tanto em seres humanos como em plantas e outros animais. As palmeiras, por exemplo, podem ser acometidas pela chamada murcha de fitomonas, doença causada por protistas heterotróficos do gênero Phytomonas que inviabiliza o cultivo dessa planta. Os sintomas incluem, por exemplo, a queda de frutos imaturos e flores e o apodrecimento de tecidos vasculares e raízes. Esses protistas são transmitidos às palmeiras por percevejos do gênero Lincus.

Em condições ambientais adversas, como falta de nutriente e mudanças na temperatura, no pH, na umidade e na disponibilidade de gases, alguns protistas heterotróficos são capazes de produzir uma estrutura protetora, chamada cisto. Em parasitas, essa é a forma infectante liberada no ambiente pelo hospedeiro.

Em muitas espécies de protistas, como Giardia lamblia, que parasita o ser humano, o desencistamento ocorre em temperatura em torno de 37 graus Celsius$37\text{ °C}$ e em meio anaeróbico, condições encontradas no interior do corpo humano.

Embora sejam estruturas resistentes, os cistos podem ser destruídos em condições extremas, que variam de acordo com o parasita. No caso de G. lamblia, por exemplo, eles são destruídos em temperatura superior a 65 graus Celsius$65\text{ °C}$.

Alguns representantes dos protistas, como certos foraminíferos, compõem o plâncton, essencial à manutenção dos ambientes aquáticos. Os foraminíferos são protistas que secretam um tipo de carapaça sobre o corpo, composta de material orgânico incrustado com minerais, como o carbonato de cálcio abre parênteses C a C O subscrito 3 fecha parênteses$\left({\text{CaCO}}_3\right)$.

Além de servir de alimento a diversos seres vivos marinhos, os foraminíferos têm especial importância em estudos evolutivos, uma vez que a carapaça deles é bem preservada em registros fósseis. As rochas calcárias são compostas de depósitos de foraminíferos.

Alguns protistas vivem em associação com outros seres vivos, em um tipo de relação na qual ambos são beneficiados. Essa relação é observada, por exemplo, em ruminantes e em alguns insetos. Os protistas vivem no trato gastrointestinal desses animais e atuam principalmente na digestão da celulose, um tipo de açúcar que não é digerido pelos animais, como cupins e baratas.

Professor, professora: Em ruminantes, como bovinos, são encontrados diferentes tipos de protistas heterotróficos, como Entodinium spp.

Algas

As algas são protistas autotróficos que compõem um grupo formado por diversos filos, que não compartilham ancestral comum. Seus representantes incluem formas microscópicas e macroscópicas, podendo ser unicelulares ou pluricelulares. É possível encontrá-las em ambientes úmidos e aquáticos, como rios, lagos, lagoas e mares, áreas polares, em fontes termais, sobre troncos de árvores e em rochas.

As algas não têm tecidos condutores nem raiz, caule ou folhas. Além disso, apresentam diferentes cores e estruturas. Conheça a seguir alguns exemplos.

Os dinoflagelados são algas unicelulares de vida livre que têm dois flagelos para locomoção. A maioria das espécies é marinha e compõe o fitoplâncton^✚ nos oceanos. Sua membrana plasmática contém celulose, o que lhes confere rigidez.

Karenia brevis, por exemplo, pode se proliferar intensamente e causar as chamadas marés vermelhas. Além disso, produz uma toxina que afeta o sistema nervoso de peixes.

As diatomáceas são algas unicelulares ou filamentosas que compõem o fitoplâncton. Elas vivem em ambientes de água doce ou salgada, como em regiões de mar aberto em áreas temperadas e polares. A parede celular delas contém pectina e sílica e é denominada carapaça.

As clorófitas, ou algas verdes, têm o pigmento clorofila e contam com uma parede celular composta de celulose e outros polissacarídeos.

A maioria dessas algas é encontrada em águas continentais e está presente em troncos de árvores, no solo, sob a neve ou associadas a outros seres vivos.

Alga verde (C. sertularioides): pode atingir aproximadamente 5 centímetros$5\text{ cm}$ de altura.

As feofíceas, ou algas marrons – ou, ainda, algas pardas – têm parede celular de celulose e alginato. Elas têm os pigmentos clorofila e fucoxantina, e este último é responsável por sua cor marrom característica.

Essas algas são macroscópicas e a maioria é encontrada em águas costeiras.

Alga marrom (D. dichotoma): pode atingir aproximadamente 30 centímetros$30\text{ cm}$ de altura.

As rodófitas, ou algas vermelhas, têm parede celular constituída de celulose. Os cloroplastos delas apresentam pigmentos chamados ficobilinas, que lhes conferem a cor vermelha característica. Elas podem ser encontradas em grandes profundidades nos ambientes aquáticos.

Alga vermelha (P. palmata): pode atingir aproximadamente 30 centímetros$30\text{ cm}$ de altura.

Algas, ambiente e outros seres vivos

As algas podem ser utilizadas pelos seres humanos de diferentes maneiras. Além da culinária, é possível aplicar esses seres vivos na agricultura.

O ágar é produzido com algas vermelhas e atua como espessante e gelificante de alimentos, sem alterar o sabor deles. Das algas também é obtido o alginato, substância encontrada na parede celular de algumas algas marrons e utilizada como espessante e estabilizante na indústria alimentícia.

O diatomito, também conhecido como terra de diatomácea, é uma rocha sedimentar formada pela deposição de restos de carapaças das diatomáceas. Essa rocha é leve, porosa e com grande capacidade de absorção. Essas e outras propriedades possibilitam a utilização do diatomito para diversos fins, por exemplo, como filtros, isolantes térmico e acústico e fonte de sílica, além do emprego dele na produção de medicamentos e na construção civil. Na agricultura, pode ser utilizado na aeração do solo e no controle de pragas, como os carunchos (por exemplo Zabrotes sp.), que atacam sementes e grãos armazenados.

As algas, especialmente as diatomáceas, são os principais constituintes do fitoplâncton e desempenham papel central na manutenção dos ambientes aquáticos. Isso porque o fitoplâncton é o principal responsável pela produção primária^✚ nesses ambientes, além de produzir grande quantidade de gás oxigênio e fixar o carbono proveniente do gás carbônico.

Algumas algas também podem se associar a outros seres vivos, como é o caso dos liquens, estruturas formadas pela associação de fungos e organismos fotossintetizantes, como algas e cianobactérias. Além disso, as algas podem viver em conjunto com os organismos formadores dos corais.

Apesar de sua importância para o ambiente e outros seres vivos, as algas também podem causar prejuízos.

O aumento na concentração de material orgânico no ambiente, por exemplo, resulta na proliferação excessiva de algas, fenômeno chamado de floração ou florescência. A rápida proliferação das populações de dinoflagelados em ambientes costeiros resulta na chamada maré vermelha, pois a água do mar passa a apresentar essa coloração ou mesmo a cor marrom, resultante dos pigmentos característicos dessas algas.

Essas algas produzem toxinas que são liberadas no oceano, causando a morte de muitos peixes por intoxicação ou pelo bloqueio das brânquias, além de haver acúmulo dessas toxinas nos tecidos do corpo dos mariscos.

Fungos

Para iniciamos o estudos dos fungos, responda à questão a seguir.

Os fungos estão presentes em diversas situações diárias: na alimentação, na produção de medicamentos e até mesmo na saúde, causando doenças. Além disso, eles fazem parte da cultura de diversos povos, como os Yanomami. Um dos maiores grupos indígenas brasileiros, os Yanomami ainda conservam seus hábitos tradicionais de vida. Eles têm estreita relação com a floresta, ambiente de onde obtêm os produtos oriundos da pesca, da caça, da coleta e das atividades agrícolas que praticam. Os Yanomami conhecem profundamente os recursos naturais que utilizam. Entre os alimentos consumidos por eles estão uma série de espécies de cogumelos, importante fonte de proteínas, especialmente em épocas de escassez de caça. Alguns desses cogumelos são, inclusive, comercializados para o mercado interno brasileiro, contribuindo com a geração de renda das comunidades yanomamis produtoras.

Durante muito tempo, os fungos foram considerados plantas, pois têm parede celular, assim como as células vegetais. Porém, enquanto as plantas possuem celulose nas paredes de suas células, os fungos têm quitina. Esse açúcar é insolúvel em água e confere rigidez e resistência às células fúngicas. Além disso, enquanto as plantas conservam amido em suas células, os fungos armazenam principalmente glicogênio.

Os fungos são eucariontes, podem ser unicelulares ou pluricelulares e não formam tecidos verdadeiros. Os representantes unicelulares são chamados de leveduras e têm formato esférico ou oval (imagem A). Já os compostos de mais de uma célula são denominados fungos filamentosos (imagem B). Os pluricelulares formam filamentos denominados hifas, as quais, em condições adequadas, desenvolvem-se e formam um conjunto denominado micélio.

Há também espécies que apresentam ambas as formas, de levedura e de filamentos (imagem C). De maneira geral, essa mudança morfológica ocorre em decorrência de variações nas condições do ambiente. Em Candida albicans, por exemplo, tal mudança é causada pelas variações de temperatura e de pH.

Professor, professora: Ao explorar a imagem B, se considerar pertinente, comente com os estudantes que as estruturas escuras e esféricas são esporângios, responsáveis por produzir e liberar esporos, os quais estão envolvidos na reprodução dos fungos.

A.

B.

C.

Em geral, os fungos crescem em ambientes com umidade elevada e baixa luminosidade. No entanto, há espécies capazes de se desenvolver em substratos com pouca umidade. Assim como as bactérias, algumas espécies de fungos suportam temperaturas bastante altas, enquanto outras são resistentes a temperaturas bastante baixas. No entanto, em geral, as espécies patogênicas apresentam temperatura ótima de crescimento entre 20 graus Celsius$20\text{ °C}$ e 30 graus Celsius$30\text{ °C}$. O pH do meio também interfere no desenvolvimento dos fungos. Geralmente, os fungos se desenvolvem melhor em ambientes pouco ácidos, com pH em torno de 5.

Fungos, ambiente e outros seres vivos

Os fungos são seres vivos heterotróficos que obtêm os nutrientes de que necessitam de diferentes fontes. Alguns os absorvem de matéria orgânica viva, causando-lhe doenças, por exemplo. Outros alimentam-se de matéria orgânica morta, desempenhando papel essencial na ciclagem de nutrientes no ambiente.

O ser humano se relaciona com os fungos de diferentes maneiras. Alguns podem causar doenças, como a micose. Outros, no entanto, são aplicados em diferentes tipos de indústrias, como a farmacêutica e a alimentícia. Nesse caso, além de ser possível consumir diretamente algumas espécies, como o champignon, o shiitake e o shimeji, os fungos atuam na produção de alimentos, a exemplo dos queijos.

Embora a maioria dos fungos seja aeróbica, as leveduras são, em grande parte, anaeróbicas facultativas, que realizam fermentação alcoólica. Esse processo possibilita a aplicação de fungos, por exemplo, na fabricação de bebidas e combustíveis, como o etanol, bem como em fermento biológico para a produção de pães.

Embora algumas espécies de fungos possam causar doenças, existem também as que se relacionam de maneira benéfica com outros seres vivos, como é o caso das micorrizas e dos liquens.

As micorrizas são associações de certos fungos com raízes de algumas plantas. Nessa associação, os fungos absorvem água e sais minerais do solo, que ficam disponíveis para as plantas. Estas, por meio da fotossíntese, fornecem energia aos fungos.

Imagem elaborada com base em: RICKLEFS, Robert E. A economia da natureza. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2003. p. 9.

Plantas

Para iniciarmos o estudo sobre as plantas, responda à questão a seguir.

Durante grande parte dos 4,6 bilhões de anos da Terra, a superfície dos continentes foi praticamente desprovida de vida. Foi apenas por volta dos últimos 500 milhões de anos que os seres vivos começaram a ocupar o ambiente terrestre. Quando as plantas o colonizaram, elas alteraram o ar atmosférico e o clima e possibilitaram a formação dos solos, por exemplo. Essas alterações possibilitaram a ocupação do ambiente terrestre por inúmeros grupos de seres vivos, como os mamíferos.

Assim, as plantas foram e ainda são essenciais para a ocorrência e a manutenção de vida na Terra, portanto é fundamental conservá-las. Para isso, é preciso conhecer esses seres vivos, bem como as condições que favorecem ou limitam sua existência. Confira a seguir algumas características gerais das plantas.

• São organismos multicelulares.
• Respiram e, geralmente, realizam fotossíntese.
• Desenvolvem-se a partir de um embrião, uma estrutura multicelular diploide^✚ envolvida por tecido parental, que protege a nova planta em desenvolvimento. Essa proteção pode ser, por exemplo, contra condições ambientais adversas, a exemplo de escassez de água.
• São formadas por células eucarióticas.
• O ciclo de vida ocorre com alternância de gerações, também chamada de metagênese.

No ciclo de vida das plantas, ocorre alternância entre organismos multicelulares haploides^✚ abre parênteses n fecha parênteses$\text{(n)}$, chamados gametófitos, e diploides abre parênteses 2 n fecha parênteses$\text{(2n)}$, chamados esporófitos, intercalando entre a reprodução assexuada e a sexuada. Nessa forma de reprodução, o gametófito é responsável pela produção dos gametas por mitose e o esporófito, por produzir esporos^✚ por meiose.

Grupos de plantas

De acordo com suas características, as plantas, também chamadas de embriófitas, podem ser classificadas em diferentes grupos. Acompanhe o esquema a seguir.

A seguir, vamos estudar com mais detalhes alguns grupos de plantas.

Briófitas

Os musgos, assim como os liquens, são amplamente utilizados em biomonitoramento, que consiste na aplicação de seres vivos para acompanhamento das condições ambientais. Os musgos, por exemplo, são muito utilizados para monitorar a poluição atmosférica.

Os dados a seguir foram obtidos em um estudo que utilizou musgos para monitoramento de poluição atmosférica no município de Caxias do Sul, no Rio Grande do Sul.

Fonte de pesquisa: MAZZONI, Aline Correa et al. Mosses as indicators of atmospheric metal deposition in an industrial area of southern Brazil. Acta Botanica Brasilica, v. 26, n. 3, p. 553-558, 2012. Disponível em: https://s.livro.pro/xi593d. Acesso em: 19 ago. 2024.

Os musgos, assim como os antóceros e as hepáticas, são pertencentes às briófitas, considerado o grupo de plantas que mais se assemelha às primeiras plantas que ocuparam o ambiente terrestre.

As briófitas apresentam ampla distribuição geográfica: a maioria delas são espécies terrestres que ocupam principalmente ambientes úmidos e sombreados ou áreas próximas a corpos de água. Essas condições ambientais ajudam a reduzir a perda de água para o ambiente. Algumas espécies de briófitas, no entanto, são resistentes à dessecação e capazes de recuperar a água perdida para o ambiente. Por isso, elas também podem ser encontradas em ambientes secos e desérticos e em regiões polares.

Erva-do-fígado (M. polymorpha): pode atingir aproximadamente 5 centímetros$5\text{ cm}$ de comprimento.

Em razão da ausência de sistema vascular diferenciado, o transporte de nutrientes e de água ocorre por difusão, de célula a célula. Por isso, as briófitas têm tamanhos reduzidos, geralmente com poucos centímetros de comprimento.

Embora as briófitas ocupem o ambiente terrestre, ainda são, em parte, dependentes do ambiente aquático, principalmente para a reprodução. Isso porque os gametas masculinos são flagelados e nadam até o gameta feminino para que ocorra a fecundação.

As briófitas não apresentam diferenciação de folhas, caules e raízes, mas têm estruturas vegetativas semelhantes: os filoides, os cauloides e os rizoides, respectivamente. Essas estruturas podem atuar na absorção de água e de nutrientes, possibilitando, por exemplo, que sejam usadas no biomonitoramento. Nesse caso, as partículas suspensas no ar atmosférico e na água da chuva se depositam sobre suas estruturas, que as absorvem.

As briófitas também são essenciais para a ocupação de ambientes, sendo, geralmente, os primeiros organismos fotossintetizantes a colonizar uma área, possibilitando o desenvolvimento de condições adequadas à colonização de outras espécies. Por exemplo, a presença de espécies desse grupo em rochas, aliada a fatores ambientais, como variação de temperatura e chuvas, possibilita a formação das primeiras camadas de solo. Isso porque o metabolismo dos musgos libera materiais que degradam as rochas, viabilizando a formação do solo. Além disso, a presença delas modifica as condições ambientais e promove a colonização por outros grupos de seres vivos.

Pteridófitas

As termelétricas são usinas elétricas que geralmente utilizam o carvão mineral como fonte de energia. Esse é um tipo de combustível fóssil, cujas principais reservas se formaram no Carbonífero, período geológico dominado por grandes pteridófitas, como as samambaias-gigantes.

Atualmente, esse grupo de plantas inclui samambaias, licopódios e cavalinhas, por exemplo. Os representantes dele se caracterizam por apresentar raiz, folha e caule diferenciados, que desempenham funções específicas no organismo.

As plantas vasculares apresentam tecidos especializados em transportar e distribuir água e nutrientes no organismo. Nelas, esse sistema compreende basicamente dois tecidos: o xilema e o floema, compostos de diferentes tipos de células. O sistema vascular percorre todo o corpo das plantas e pode ser identificado na planta íntegra, por exemplo, nas nervuras das folhas.

O xilema é o tecido responsável por conduzir a água e os nutrientes absorvidos pelas raízes às demais partes da planta. Já o floema direciona os produtos da fotossíntese para as demais partes do vegetal.

A presença de um sistema vascular, associada a outras características, como deposição de materiais na parede celular, possibilitou que as pteridófitas atingissem alturas maiores do que as briófitas, como é o caso de algumas samambaias arbóreas do gênero Cyathea, que podem chegar a mais de 10 metros de altura.

Esse grupo de plantas apresenta outra adaptação ao ambiente terrestre: a cutícula. Essa camada, rica em lipídios, deposita-se na superfície externa do corpo das plantas e ajuda a reduzir a perda de água para o ambiente. No entanto, assim como as briófitas, a reprodução das pteridófitas é dependente da água, tendo em vista que os gametas masculinos são dotados de flagelo.

Samambaia (C. dealbata): pode atingir aproximadamente 10 metros$\text{10 m}$ de altura.

Gimnospermas

As gimnospermas se originaram há cerca de 360 milhões de anos. Nessa época, ocorreram mudanças climáticas bruscas na Terra. O clima tornou-se mais seco e frio, prejudicando as briófitas e as pteridófitas, mas favorecendo o desenvolvimento de espécies de gimnospermas, que se tornaram o grupo vegetal dominante durante o Período Mesozoico.

Entre os representantes das gimnospermas, podemos citar as cicas, as gincófitas, as gnetófitas e as coníferas. Estas últimas compreendem a maior quantidade de espécies, como sequoias, abetos, araucárias e pinheiros.

Professor, professora: Se considerar pertinente, ao abordar a imagem das sementes de Araucaria angustifolia, comente com os estudantes que elas podem atingir em média 7 centímetros$\text{7 cm}$ de comprimento.

As gimnospermas apresentam raízes, caule, folhas e sementes, sendo estas últimas consideradas uma característica essencial para o atual domínio dos ambientes terrestres pelas gimnospermas e angiospermas. De modo geral, as sementes são compostas de envoltório, tecido nutritivo e embrião.

Além das sementes, as gimnospermas contam com outra novidade evolutiva: os grãos de pólen. No interior de tais estruturas, são produzidos os gametas masculinos, que não apresentam flagelos. Sendo assim, nesse grupo de plantas, o grão de pólen é o responsável por carregar o gameta masculino até as proximidades do gameta feminino, de maneira independente da água. A transferência do grão de pólen de uma planta para a outra é chamada de polinização e ocorre principalmente por meio do vento.

Pinheiro-silvestre (P. sylvestris): pode atingir aproximadamente 25 metros$25\text{ m}$ de altura.

Angiospermas

Leia o trecho de reportagem e a manchete a seguir e responda às questões.

MOIÓLI, Julia. Queda na locomoção e falhas no sistema imune: estudo mostra como agrotóxicos afetam abelhas nativas. Agência Fapesp, 16 maio 2024. Disponível em: https://s.livro.pro/ucm639. Acesso em: 28 jul. 2024.

Disponível em: https://s.livro.pro/5rohc7.

Acesso em: 11 nov. 2024.

Atualmente, as angiospermas são o grupo de plantas com a maior quantidade de representantes na Terra. Há evidências de que tenham surgido há cerca de 140 milhões de anos, diversificando-se rapidamente a ponto de dominar muitos ecossistemas terrestres.

As angiospermas são plantas vasculares que têm raízes, caule, folhas, sementes, flores e podem originar frutos. Esse grupo inclui desde espécies de grande porte, como as do gênero Eucaliptus, cujos representantes podem ultrapassar 100 metros$100\text{ m}$ de altura, até espécies aquáticas, como as do gênero Lemna, com representantes inferiores a 1 milímetro$1\text{ mm}$ de comprimento.

Enquanto nas gimnospermas as sementes eram consideradas nuas, nas angiospermas elas são protegidas no interior do fruto, o que é uma importante característica evolutiva.

Lentilha-d'água (L. minor): pode atingir aproximadamente 4 milímetros$\text{4 mm}$ de comprimento.

As flores são essenciais para a reprodução das angiospermas, pois apresentam as porções reprodutivas da planta, além de estruturas que atraem os animais polinizadores. Acompanhe a seguir algumas estruturas florais.

Antera: porção em que são produzidos os grãos de pólen.

Estigma: porção que recebe o grão de pólen e sobre o qual ele germina.

Estilete: porção por onde se alonga o tubo polínico, estrutura formada após a germinação do grão de pólen e que conduz o gameta masculino para o ovário.

Ovário: estrutura que contém um ou mais óvulos.

Óvulo: estrutura que contém a célula germinativa feminina.

Pétala: estrutura geralmente colorida, que auxilia na atração de polinizadores.

Sépala: estrutura que atua na proteção do botão floral. Geralmente é verde, mas pode ter cores variadas e auxiliar na atração de polinizadores.

Imagem elaborada com base em: RAVEN, Peter H.; EVERT, Ray F.; EICHHORN, Susan E.Biologia vegetal. 6. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2001. p. 508.

A polinização das angiospermas corresponde à transferência do grão de pólen da antera de uma flor ao estigma de outra, podendo ocorrer entre flores do mesmo indivíduo ou entre flores de plantas diferentes da mesma espécie. Essa transferência pode ser realizada por agentes naturais, como o vento, ou por animais, como as abelhas, e possibilita o encontro entre os gametas masculino e feminino e, consequentemente, a fecundação. Após esse evento, o óvulo origina a semente e o ovário, o fruto.

Professor, professora: Ao citar que os ovários originam os frutos, comente com os estudantes que alguns frutos se desenvolvem a partir de tecidos diferentes do ovário, sendo, por isso, denominados pseudofrutos ou frutos acessórios.

Quando o animal polinizador, por exemplo a abelha, visita a flor ou a inflorescência^✚ de determinada planta, geralmente em busca de alimento, ela encosta partes de seu corpo nas anteras, ficando com o corpo coberto de grãos de pólen. Ao visitar outra flor da mesma espécie, os grãos de pólen presos no corpo do polinizador podem encontrar o estigma dela, favorecendo a fecundação.

Abelha (A. mellifera): a abelha operária dessa espécie pode atingir aproximadamente 15 milímetros$\text{15 mm}$ de comprimento.

Desde que passaram a habitar o ambiente terrestre, os animais têm influenciado a evolução das plantas, e vice-versa. Nesse processo, a relação das plantas com seus polinizadores tornou-se cada vez mais específica. Dessa forma, as flores apresentam mecanismos próprios e bastante variados para atrair polinizadores. Algumas espécies, por exemplo, desenvolveram nectários, estruturas que secretam um fluido açucarado chamado néctar.

Além de auxiliar na polinização, muitos animais ajudam na dispersão das sementes das plantas. Ao se alimentar do fruto, o animal libera a semente no ambiente ou a carrega para locais afastados da planta-mãe.

Os serelepes (Guerlinguetus ingrami) se alimentam preferencialmente dos frutos e das sementes de certas palmeiras. Muitas vezes, eles enterram os frutos para comê-los depois e se esquecem de resgatá-los, o que contribui para a dispersão das sementes dessas plantas.

Serelepe (G. ingrami): pode atingir aproximadamente 30 centímetros$\text{30 cm}$ de comprimento.

Animais

Alguns povos indígenas da Amazônia, como os Katukina e os Kaxinawá, aplicam no próprio corpo as toxinas de uma perereca conhecida como kambô ou kampu, por meio de uma técnica conhecida como vacina do kambô.

Vários estudos têm sido realizados para entender as propriedades dessa toxina e o possível uso dela na fabricação de medicamentos. Sabe-se que peptídeos encontrados em sua composição apresentaram resultados significativos no combate a microrganismos causadores de doenças, como algumas bactérias, alguns protistas e o HIV.

A perereca Phyllomedusa bicolor é apenas uma entre milhões de espécies de animais que existem atualmente, muitas das quais ainda não foram descritas de maneira formal. Até o momento, a comunidade científica ainda discute sobre o possível momento em que os animais surgiram na Terra. Além disso, pesquisadores supõem que as primeiras formas de vida animal não tenham sido preservadas nos registros fósseis.

Perereca kambô (P. bicolor): pode atingir aproximadamente 12 centímetros$12\text{ cm}$ de comprimento.

Um dos fósseis de eucariotos multicelulares mais antigos já encontrados, por exemplo, data de cerca de 558 milhões de anos atrás. A região australiana conhecida como Ediacara é famosa pela ocorrência dos fósseis mais antigos de metazoários (animais com células organizadas em tecidos e órgãos).

No entanto, a análise fossilífera indica que, durante muito tempo, a Terra foi povoada apenas por organismos unicelulares. Sendo assim, como surgiram os que são formados por duas ou mais células? Há diferentes teorias que visam explicar essa origem. Vamos conhecer duas delas.

Segundo a teoria colonial, alguns protistas unicelulares, viviam em colônias. Em determinado momento da história evolutiva, as células flageladas dessas colônias passaram a desempenhar papéis específicos, originando um único organismo composto de várias células.

Estudos posteriores propuseram uma versão moderna da teoria colonial, supondo que uma única célula teria passado por diversas divisões celulares. As células-filhas se mantiveram unidas com o auxílio de uma matriz proteica, presente também no centro da estrutura esférica. Nessa colônia esférica, algumas células sem flagelo se espalharam na porção central e cada tipo celular desempenhava papéis específicos.

Imagens elaboradas com base em: RUPPERT, E. E.; FOX, R. S.; BARNES, R. D. Zoologia dos invertebrados: uma abordagem funcional-evolutiva. 7. ed. São Paulo: Roca, 2005. p. 83.

A origem da multicelularidade possibilitou, por exemplo, a diversificação das formas de vida na Terra e o surgimento de seres vivos com maiores dimensões, como os animais.

Alguns grupos de animais

Ao longo da evolução, os animais passaram por intensa diversificação. Atualmente, esses seres vivos estão organizados em mais de 30 filos e compreendem milhões de espécies. A seguir, vamos iniciar o estudo de alguns grupos de animais que existem atualmente na Terra.

Artrópodes: animais encontrados em praticamente todos os ambientes da Terra. Os membros são articulados e o corpo é coberto por um exoesqueleto. O sistema digestório apresenta duas aberturas (boca e ânus), o sistema nervoso é centralizado e o sistema circulatório é aberto. Nesse sistema, há momentos em que o fluido corpóreo deixa o interior dos vasos sanguíneos e circula em uma cavidade. As trocas gasosas ocorrem por meio de diferentes estruturas, como brânquias, superfície corporal e traqueias. Os representantes desse grupo demonstram diferentes comportamentos sociais. Exemplos: camarões, caranguejos, lagostas, escorpiões, aranhas, ácaros, carrapatos, centopeias e insetos.

Cnidários: animais aquáticos, em sua maioria marinhos, que podem apresentar tanto fases sésseis (fixas ao substrato) quanto livre-natantes. Eles têm boca e tentáculos ligados a uma cavidade, na qual ocorrem a digestão, a circulação e a excreção. Os tentáculos atuam tanto na captura de alimento quanto na defesa do animal. Exemplos: águas-vivas, hidras e anêmonas-do-mar.

Moluscos: animais dulcícolas, terrestres e, em sua maioria, marinhos. Podem ter uma, duas ou mais conchas, que podem ser internas ou externas, havendo também os que não têm tais estruturas. O sistema digestório apresenta boca e ânus e a respiração é realizada, geralmente, por meio de brânquias, no caso de animais aquáticos, ou pulmões, nos representantes terrestres. A maioria conta com sistema circulatório aberto. Exemplos: lulas, caracóis, lesmas e polvos.

Equinodermos: animais exclusivamente marinhos, com corpo não segmentado e sistema único, chamado de hidrovascular ou ambulacral, que atua na excreção, respiração, locomoção e captura de alimentos. O sistema digestório, geralmente, apresenta boca e ânus. Em alguns representantes, as trocas gasosas podem ocorrer por meio de outras estruturas, como brânquias. Apresentam endoesqueleto. Exemplos: ouriços-do-mar, estrela-do-mar, pepinos-do-mar, lírios-do-mar e serpentes-do-mar.

Platelmintos: animais de corpo mole e achatado, que podem ser de vida livre, como as planárias, ou parasitas, como a tênia e o esquistossomo. O sistema digestório apresenta apenas uma abertura, a boca, sendo o ânus, ausente. Não contam com sistemas respiratório e circulatório. Neles, há concentração de células nervosas na região anterior, processo chamado cefalização.

Poríferos: animais aquáticos e quase exclusivamente marinhos. De maneira geral, vivem fixos a substratos (sésseis). Eles dependem do fluxo de água através do corpo para filtrar o alimento, fazer as trocas gasosas, eliminar excretas e se reproduzir. Não apresentam tecidos verdadeiros, mas têm células especializadas. Exemplo: esponjas-do-mar.

Anelídeos: animais encontrados em ambientes marinho, dulcícola e terrestre. O corpo é revestido por cutícula e dividido em segmentos, formando anéis. A maioria das espécies tem cerdas espalhadas pelo corpo, que auxiliam na locomoção e na escavação. O sistema digestório apresenta boca e ânus. A respiração é realizada pelo tegumento e, em alguns casos, por meio de estruturas, como brânquias. O sistema circulatório é fechado, ou seja, os fluidos corporais circulam somente no interior de vasos, e o sistema nervoso é centralizado. Exemplos: Nereis sp., minhoca e sanguessuga.

Nematódeos: animais que podem ser encontrados no solo úmido, nos mares e rios e até mesmo em poças de água parada. Alguns são parasitas e habitam os tecidos vegetais e o sistema digestório de outros animais. O corpo é cilíndrico, alongado e coberto por uma cutícula, camada que reveste o corpo e proporciona proteção contra atritos e substâncias produzidas pelo hospedeiro. O sistema digestório dos nematódeos apresenta duas aberturas (boca e ânus) e não há sistemas respiratório e circulatório, de maneira que as trocas gasosas ocorrem pelo tegumento. Exemplos: lombriga, Ancylostoma sp., Necator sp., Enterobius vermicularis e filária.

Cordados: animais marinhos, dulcícolas e terrestres. Inclui alguns animais invertebrados e todos os animais vertebrados, isto é, aqueles que têm esqueleto interno com vértebras. O sistema digestório apresenta boca e ânus, e o sistema circulatório é fechado. Esse grupo apresenta, em pelo menos parte do ciclo de vida, quatro características que o distinguem dos demais grupos: notocorda, tubo nervoso dorsal, bolsas e fendas faríngeas e cauda pós-anal. Exemplos: ascídia, anfioxo, répteis, anfíbios, aves, mamíferos e peixes.

A notocorda fornece sustentação para o corpo dos cordados. Em alguns deles, como no anfioxo, essa estrutura é mantida por toda a vida; em outros, como nos vertebrados, é substituída por vértebras ósseas ou cartilaginosas.

O tubo nervoso nos cordados é oco e dorsal. Nos vertebrados, ele se transforma em medula espinal e encéfalo, protegido por um crânio cartilaginoso ou ósseo.

As bolsas e fendas faríngeas se mantêm em alguns grupos de seres vivos, como peixes, ou originam diferentes estruturas, como nos tetrápodes.

A cauda pós-anal é mantida no adulto sob a forma de uma cauda ou, no caso do ser humano, como os ossos do cóccix.

Imagem elaborada com base em: REECE, Jane B. et al. Biologia de Campbell. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2015. p. 715.

Grupos de craniados

Analise a imagem a seguir e responda às questões propostas.

Imagem elaborada com base em: POUGH, F. H.; JANIS, C. M.; HEISER, J. B. A vida dos vertebrados. 3. ed. São Paulo: Atheneu Editora, 2003. p. 206.

Ichthyostega é o nome dado a uma espécie de animal extinto, considerado o primeiro craniado conhecido a viver no ambiente terrestre.

Professor, professora: Comente com os estudantes que Ichthyostega podia atingir 1 metro$1\text{ m}$ de comprimento e tinha o crânio, os dentes e a cauda semelhantes aos de alguns grupos de peixes. Apresentava coluna vertebral e membros com dedos, eficazes para caminhar no fundo dos rios.

Os craniados são uma das divisões dos cordados e se caracterizam, principalmente, pela presença de um crânio ósseo ou cartilaginoso protegendo o encéfalo. Além disso, a maioria deles apresenta coluna vertebral com vértebras e, por isso, recebe o nome de animais vertebrados. A seguir, vamos conhecer alguns representantes dos craniados.

Os peixes são animais aquáticos que, geralmente, realizam trocas gasosas por meio de brânquias e cujos membros, quando presentes, têm forma de nadadeiras. São animais ectotérmicos, isto é, não apresentam mecanismo interno que regule a temperatura corporal e utilizam fontes de calor do ambiente, como a luz solar. O corpo normalmente é revestido de escamas.

Diferentemente da maioria dos peixes, as lampreias e as feiticeiras têm boca circular e são desprovidas de mandíbula. Confira a seguir.

O corpo das lampreias e feiticeiras não é coberto por escamas e, no caso das feiticeiras, há intensa formação de muco. As feiticeiras são encontradas em água doce, não têm vértebras e se alimentam de animais mortos. Já as lampreias podem ser encontradas em ambientes dulcícolas e marinhos, têm esqueleto cartilaginoso e vértebras rudimentares, além de serem geralmente parasitas de outros animais.

Lampreia (P. marinus): pode atingir aproximadamente 1 metro$1\text{ m}$ de comprimento.

A.

B.

Outro grupo de craniados inclui organismos que apresentam mandíbula, considerada uma importante adaptação evolutiva. Estão incluídos nesse grupo os osteíctes, os condrictes e os tetrápodes, os quais são dotados de quatro membros.

Os osteíctes, como o tucunaré, são conhecidos como peixes ósseos, pois têm esqueleto composto de tecido ósseo. Em alguns dos representantes desse grupo, observa-se a vesícula gasosa ou bexiga natatória, que armazena gases, principalmente o oxigênio abre parênteses O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{O}}_2\right)$. Essa estrutura incrementa o processo de trocas gasosas, quando necessário, e possibilita ao animal flutuar na coluna de água. Além disso, as brânquias são cobertas por uma estrutura rígida, o opérculo, que as protege e auxilia na movimentação da água por essas estruturas. Alguns de seus representantes, como a piramboia, podem apresentar pulmões.

Tucunaré (C. ocellaris): pode atingir aproximadamente 91 centímetros$91\text{ cm}$ de comprimento.

Os condrictes, representados pelos tubarões, raias e quimeras, são conhecidos como peixes cartilaginosos, uma vez que o esqueleto deles é composto de cartilagem. Esses peixes são, em sua maioria, marinhos e capazes de perceber vibrações e sinais elétricos na água, o que auxilia, por exemplo, a capturar alimento. Não têm bexiga natatória e, por isso, precisam se manter em movimento na água. O fígado deles, geralmente, é volumoso e preenchido com óleo, reduzindo a densidade do corpo e ajudando na flutuação.

Tubarão-lixa (G. cirratum): pode atingir aproximadamente 3 metros$3\text{ m}$ de comprimento.

Os anfíbios que existem atualmente descendem de ancestrais tetrápodos que invadiram o ambiente terrestre. No entanto, eles mantêm dependência da água, principalmente para a reprodução, uma vez que a fertilização dos ovos e o desenvolvimento das larvas ocorrem nesse meio.

Os anfíbios atuais têm pele nua (sem escamas), bastante vascularizada e com produção de muco, auxiliando nas trocas gasosas pela superfície corporal. O formato do corpo é bastante variável. Os quatro membros, quando presentes, são articulados, o que possibilita diversos movimentos, como caminhar, nadar, escalar e saltar. Alguns anfíbios, no entanto, não têm membros e se movem rastejando no ambiente.

Os sapos, por exemplo, pertencem ao grupo dos anuros, animais com quatro membros e sem cauda na fase adulta.

Sapo-cururu (R. marina): pode atingir aproximadamente 25 centímetros$25\text{ cm}$ de comprimento.

As salamandras, por exemplo, pertencem ao grupo dos urodelos, animais com corpo alongado e cauda longa.

Salamandra (B. altamazonica): pode atingir aproximadamente 9 centímetros$9\text{ cm}$ de comprimento.

As cecílias, por exemplo, pertencem ao grupo dos ápodes, animais com cauda curta e que não apresentam membros.

Cecília (S. annulatus): pode atingir aproximadamente 45 centímetros$45\text{ cm}$ de comprimento.

As larvas dos anfíbios são aquáticas e os adultos, terrestres. A pele é úmida, sem escamas e altamente permeável a gases, sendo utilizada também para trocas gasosas. Além do muco, algumas espécies podem ter glândulas de veneno no corpo, a exemplo da perereca kambô. Assim como os peixes, os anfíbios são animais ectotérmicos.

Os ancestrais dos répteis, atualmente representados por serpentes, lagartos e tartarugas, por exemplo, foram os primeiros animais a apresentar o ovo amniótico no ambiente terrestre, tornando-se independentes do ambiente aquático durante o desenvolvimento embrionário.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

No ovo amniótico, a casca rígida, porém porosa, e as membranas internas protegem o embrião do estresse mecânico, da dessecação, bem como evitam o contato dele com excretas e possibilitam as trocas gasosas com o ambiente. O saco vitelino, por sua vez, fornece nutrientes ao embrião durante seu desenvolvimento, mantendo-o relativamente isolado do ambiente externo.

Imagem elaborada com base em: POUGH, F. H.; JANIS, C. M.; HEISER, J. B. A vida dos vertebrados. 3. ed. São Paulo: Atheneu Editora, 2003. p. 213.

Além do ovo amniótico, os répteis contam com outras características que ajudam a reduzir a perda de água para o ambiente. A pele é seca e coberta por escamas com queratina, no caso de lagartos e serpentes, ou placas, como em crocodilos e jacarés. A respiração é basicamente pulmonar e eles não contam com mecanismos internos de controle de temperatura corporal.

Os répteis são um grupo bastante diverso de animais, com formatos e tamanhos distintos.

As tartarugas marinhas, por exemplo, pertencem ao grupo dos quelônios, animais que, em vez de dentes, têm placas córneas cortantes. Além disso, a parte dorsal do corpo é coberta por carapaça.

Tartaruga-de-pente (E. imbricata): pode atingir aproximadamente 1 vírgula 1 metro$\mathrm{1,1}\text{ m}$ de comprimento.

Os jacarés, por exemplo, pertencem ao grupo dos crocodilianos, animais que têm quatro pernas, membranas entre os dedos e cauda achatada lateralmente, o que auxilia na movimentação na água.

Jacaré-de-papo-amarelo (C. latirostris): pode atingir aproximadamente 3 vírgula 5 metros$\mathrm{3,5}\text{ m}$ de comprimento.

As serpentes, por exemplo, a sucuri, pertencem ao grupo dos escamados. Esse grupo tem características bastante variáveis. Além disso, têm o corpo alongado e ausência de membros.

Sucuri-verde (E. murinus): pode atingir 6 metros$\text{6 m}$ de comprimento.

Analise a imagem a seguir.

14. Se você fosse o paleontólogo que descobriu o fóssil apresentado na imagem, em que grupo animal o incluiria? Justifique sua resposta.

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levar os estudantes a analisar a imagem e, com base em seus conhecimentos sobre os animais, identificar o possível grupo animal ao qual pertence o espécime fossilizado.

Em 1861, enquanto lascava ardósia em uma pedreira na Alemanha, um trabalhador encontrou um fóssil. Esse poderia ser apenas mais um fóssil de réptil, mas ele tinha uma característica até então não identificada em outros seres vivos: as penas. Embora alguns répteis extintos, como pterossauros, tivessem asas e voassem, as penas eram uma novidade evolutiva. O réptil fossilizado recebeu o nome de Archaeopteryx lithographica e é considerado um ancestral das aves modernas.

A presença de membros anteriores modificados em asas e o corpo coberto por penas não são as únicas características necessárias ao voo. As aves atuais que têm capacidade de voo apresentam diversas especificidades que possibilitam esse tipo de locomoção. A seguir, são abordadas algumas delas.

• As penas, principalmente das asas, apresentam estrutura que as torna rígidas, possibilitando a propulsão e a sustentação do voo.
• A bexiga urinária é ausente. Assim, urina não é armazenada no organismo, mas eliminada na forma semissólida, com as fezes, ajudando a reduzir a massa do animal.
• Os dentes são ausentes e as mandíbulas são substituídas pelo bico, ajudando a reduzir a massa do animal.
• O esqueleto tem várias modificações. Uma delas é a fusão de diversos ossos, como algumas vértebras da coluna vertebral, o que o torna mais rígido e capaz de sustentar o corpo durante o voo. O osso esterno conta com uma protuberância, chamada quilha, na qual se inserem músculos peitorais relacionados ao voo. Além disso, os ossos são chamados de pneumáticos, pois neles há espaços preenchidos por ar, característica que ajuda a reduzir massa corporal.
• O sistema respiratório é composto de pulmões e sacos aéreos. A presença de tais estruturas amplia a superfície para trocas gasosas, tanto na inspiração como na expiração, e possibilita que os pulmões recebam ar rico em gás oxigênio. Essas características aumentam a eficiência energética nas aves, essencial para o voo, já que é uma atividade que demanda intenso gasto energético.

Imagens sem proporção e em cores fantasia.

Imagens elaboradas com base em: CORNELL Lab. All About Bird Anatomy. Disponível em: https://s.livro.pro/x64qa9. Acesso em: 19 ago. 2024.

As aves são animais endotérmicos, ou seja, capazes de controlar a temperatura corporal por meio de sistemas internos. Nesse sentido, as penas, além de auxiliar no voo, atuam na manutenção da temperatura corporal. Assim como a maioria dos répteis, a reprodução das aves envolve a postura de ovos amnióticos no ambiente terrestre.

Nós, seres humanos, assim como tantas outras espécies de animais, somos mamíferos. O que nos faz pertencer a esse grupo? Ao observar a pele que recobre nosso corpo, é possível identificar uma das características que nos tornam mamíferos: os pelos.

Característica exclusiva dos mamíferos, os pelos estão presentes, em pelo menos parte do ciclo de vida, em todos os animais desse grupo. De modo geral, os pelos ajudam no controle da temperatura corporal, evitando a perda excessiva de calor para o ambiente. Em determinados mamíferos, no entanto, alguns pelos são modificados e podem atuar na proteção dos animais e na percepção tátil. Confira os exemplos a seguir.

Nos ouriços, por exemplo, parte dos pelos é modificada em espinhos, auxiliando na proteção.

Ouriço-amarelo (S. insidiosus): pode atingir aproximadamente 80 centímetros$80\text{ cm}$ de comprimento.

Nos gatos domésticos, por exemplo, as vibrissas são pelos modificados que, de maneira geral, ocorrem na face e atuam na percepção tátil.

Gato doméstico: o tamanho varia de acordo com a raça.

Entre os vertebrados, os mamíferos são o grupo de animais com a maior variedade de glândulas. É possível citar, por exemplo, as glândulas sudoríferas, as sebáceas, as odoríferas e as mamárias, sendo estas últimas o único tipo presente em todos os mamíferos. Nas fêmeas, as glândulas mamárias são mais desenvolvidas e atuam na produção do leite, que alimenta a prole durante parte do ciclo de vida. Já nos machos, são rudimentares e não atuam na produção de leite.

Além de pelos, os mamíferos podem ter unhas, garras, cascos, chifres e cornos.

Os mamíferos são animais endotérmicos, o que possibilita que estejam presentes em praticamente todos os ambientes da Terra. Sua respiração é pulmonar, mesmo nos mamíferos aquáticos, e o sistema nervoso é considerado o mais complexo entre os vertebrados.