SER HUMANO: ORIGEM E FUNCIONAMENTO

Seres vivos, organismos em transformação

Leia o texto a seguir.

Você já parou para refletir sobre a diversidade de espécies que existe nos ambientes e em como elas estão adaptadas aos locais onde vivem? Essa é uma questão que intriga o ser humano há bastante tempo. Na busca por respondê-la, cientistas elaboraram diversas explicações. A seguir, vamos conhecer algumas delas.

Para alguns filósofos, como o grego Aristóteles (384 a.C.-322 a.C.), o mundo sempre existiu e nunca mudou. Dentro dessa corrente de pensamento, também se acreditava que as espécies eram fixas, imutáveis e mantinham-se ao longo do tempo tal como se originaram. Essa visão ficou conhecida como fixismo.

O criacionismo, por sua vez, foi o pensamento predominante entre a Idade Média e o século XIX. De acordo com esse conceito, um ser supremo teria criado o Universo e os seres vivos que existem hoje. Como essa criação foi perfeita, os seres vivos não se modificaram ao longo do tempo e permanecem até hoje como foram criados.

Professor, professora: Ao abordar o criacionismo, comente com os estudantes que visões semelhantes a esse pensamento fazem parte de histórias do folclore de diversas civilizações.

A partir do século XVII, com a Revolução Científica, alguns ideais do criacionismo começaram a ser confrontados pelas descobertas dos estudiosos. Uma delas foi a descoberta de fósseis de animais extintos, mostrando que, no passado, existiram outras formas de vida, diferentes das atuais. Isso levou os estudiosos a questionar a idade da Terra e a imutabilidade das espécies.

No século XIX, alguns naturalistas passaram a admitir que os seres vivos sofriam transformações ao longo do tempo. O francês Georges-Louis Leclerc (1707-1788), mais conhecido como conde de Buffon, defendia que a vida havia se originado de tipos distintos de seres vivos, provenientes de um único molde interno. Nesse molde, haveria partículas orgânicas que formavam todos os seres vivos. Ele afirmava que esses seres vivos migravam pelo planeta e, conforme se deslocavam, suas partículas orgânicas e seu molde interno se modificavam. Assim, Buffon explicaria a distribuição geográfica distante de espécies semelhantes.

Embora essa teoria não tenha validade atualmente, foi uma das primeiras a não seguir as ideias fixistas/criacionistas e a se basear em evidências científicas, defendendo que tanto a Terra como a vida tinham uma história.

As ideias de Lamarck

Após Buffon, outro naturalista que admitia as transformações das espécies ao longo do tempo foi um francês conhecido como cavaleiro de Lamarck (1744-1829). Segundo Lamarck, os seres vivos tinham as formas atuais em virtude de processos de mudanças naturais, defendendo que eles evoluíam ao longo do tempo.

Lamarck considerava uma evolução linear, na qual seres mais simples, todos originados por geração espontânea, tornavam-se mais complexos a cada geração. Para explicar a existência tanto de seres supostamente mais simples como de seres mais complexos, Lamarck considerava que a geração espontânea ocorria o tempo todo, gerando seres simples continuamente. Para ele, os seres vivos mais complexos teriam surgido de seres mais simples que se transformaram ao longo do tempo, os quais haviam surgido recentemente.

De acordo com Lamarck, o ambiente apresentava os fatores que determinavam as mudanças e alteravam os planos básicos de organização dos seres vivos. Para ele, o organismo modificava seu comportamento, seus hábitos ou seu formato diante das modificações ambientais e, consequentemente, das necessidades do organismo.

Para sustentar suas ideias, Lamarck postulou duas leis. Leia-as a seguir.

Analise no exemplo a seguir uma aplicação das ideias lamarckistas.

A.

B.

C.

Representação de uma possível aplicação das ideias lamarckistas para explicar o comprimento do pescoço das girafas.

Imagem elaborada com base em: UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Conceitos iniciais da evolução: Jean Baptiste Lamark. EvoSite. p. 1. Disponível em: https://s.livro.pro/90tiig. Acesso em: 16 set. 2024.

Fósseis encontrados no passado indicavam que o tamanho do pescoço das girafas variava. Se aplicássemos as ideias de Lamarck para explicar como isso seria possível, poderíamos supor que as girafas ancestrais tinham pescoços mais curtos (A). Por causa da necessidade de se alimentar das folhas mais altas, elas começaram a esticar seu pescoço (B), que ficou maior ao longo do tempo (C). Como o pescoço longo favoreceria visualizar possíveis predadores e alcançar folhas de árvores de alturas diferentes, essa característica adquirida ao longo do tempo teria sido transmitida aos descendentes. A característica adquirida (pescoço longo) foi transmitida aos descendentes dessas girafas e se manteve na espécie.

É importante ressaltar que Lamarck não foi o primeiro a defender a transmissão de caracteres adquiridos, pois essa ideia também foi defendida por outros estudiosos, como o filósofo grego Platão (427 a.C.-347 a.C.). Lamarck sofreu grande rejeição no meio científico, pois muitos estudiosos da época acreditavam nas evidências científicas, mas eram influenciados por suas crenças religiosas.

Apesar de sabermos hoje que as ideias de Lamarck estavam equivocadas, elas foram importantes para a Ciência, pois se baseavam em evidências científicas e defendiam a mutabilidade dos seres vivos, o que foi fundamental para as reflexões posteriores sobre evolução.

As ideias de Darwin e Wallace

Cerca de cinquenta anos após a publicação das ideias de Lamarck, uma nova teoria evolutiva foi proposta. Um dos autores foi o naturalista inglês Charles Darwin (1809-1882). Entre 1831 e 1836, Darwin fez uma expedição ao redor do mundo a bordo do navio Beagle, pretendendo, entre outros objetivos, mapear a costa da América do Sul. Seu trajeto incluiu a América do Sul, inclusive o Brasil, e parte da Europa, Oceania e África.

Em 1836, após retornar de viagem, Darwin levou os exemplares coletados a especialistas, como o geólogo escocês Charles Lyell (1797-1875) e os ingleses Richard Owen (1804-1892), anatomista; John Gould (1804-1881), ornitólogo; George Waterhouse (1810-1888), naturalista; e Thomas Bell (1792-1880), zoólogo.

Como Gould era especialista em aves, Darwin pediu a ele que classificasse os exemplares de tordos-dos-remédios, encontrados em Galápagos. Gould concluiu que as aves pertenciam a um grupo ainda desconhecido pela Ciência. Ambos constataram, então, que as diferentes espécies habitavam apenas as ilhas onde viviam. Com base nisso, Darwin passou a compreender que suas evidências apontavam para a transmutação, ou seja, a modificação das espécies.

Durante anos, Darwin trabalhou a ideia de que as espécies sofrem mudanças, mas não a publicou, compartilhando-a apenas com poucas pessoas. Além de agrupar ideias sobre a Biologia evolutiva, ele precisava explicar como esse processo ocorria.

Os tordos-dos-remédios apresentam uma diversidade de formatos e tamanhos de bicos, os quais estão adaptados à coleta de alimentos específicos e, consequentemente, aos locais onde vivem. É possível observar, por exemplo, bicos robustos adaptados à quebra de sementes duras ou bicos compridos e afunilados adaptados à captura de insetos escondidos. Embora aparentassem ser espécies de grupos diferentes, John Gould conseguiu perceber que os exemplares coletados por Darwin, na verdade, eram indivíduos intimamente relacionados.

Darwin identificou em um trabalho do economista inglês Thomas Malthus (1766-1834), denominado Ensaio sobre populações, uma das respostas de que precisava. Nesse trabalho, Malthus faz um alerta. Ele menciona a possibilidade de um aumento populacional desproporcional à oferta de alimento, a qual se tornaria insuficiente para abastecer toda a população e, por isso, causaria grande pressão sobre as classes mais pobres. Assim, se os indivíduos não sobrevivessem a essas condições, morreriam, limitando o crescimento da população.

Darwin começou, então, a considerar que as populações de animais e de plantas também poderiam sofrer essa pressão populacional. Se a disponibilidade de alimentos fosse limitada e os indivíduos precisassem competir por esses recursos, haveria um controle populacional, impedindo que tais populações aumentassem descontroladamente.

Ao mesmo tempo em que pensava em publicar suas ideias inovadoras, vinte anos após ter iniciado seus trabalhos relacionados à transmutação, Darwin recebeu uma carta do naturalista inglês Alfred Russel Wallace (1823-1913), com quem se correspondia e partilhava alguns estudos. Nela, Wallace narrava e propunha uma teoria semelhante à de Darwin.

Wallace havia estudado exemplares coletados na América do Sul e em Mali, país africano, e chegado às mesmas conclusões que Darwin. Por causa dessa coincidência, eles foram convidados por Charles Lyell e pelo botânico inglês Joseph Dalton Hooker (1817-1911) para apresentarem simultaneamente suas ideias à comunidade científica em 1858.

Em 1859, Charles Darwin lançou o livro A origem das espécies, pelo qual ficou reconhecido e que é considerado um marco nos estudos evolutivos. Assim, tanto Darwin como Wallace chegaram a uma teoria unificadora, que defendia a evolução dos seres vivos e propunha um mecanismo pelo qual ela ocorria: a seleção natural.

Afinal, o que é seleção natural? Considere a população de uma espécie adaptada a determinado ambiente, por exemplo, um animal cuja coloração da pelagem possibilita que ele se camufle^✚ no ambiente.

Essa característica, que favorece a sobrevivência, torna-se cada vez mais frequente no ambiente, pois os indivíduos que a apresentam têm mais probabilidade de sobreviver até a idade reprodutiva e, assim, transmiti-la para a prole. Já os indivíduos menos adaptados podem ser eliminados do ambiente antes de conseguirem se reproduzir, por exemplo, o que torna a característica cada vez mais rara no ambiente. Após muitas gerações, a maior parte dos indivíduos da população terá a característica que conferiu vantagem em sua sobrevivência.

A coloração da pelagem da raposa-do-ártico (Alopex lagopus), por exemplo, fica branca durante o inverno, possibilitando que se camufle na neve. Isso prejudica sua identificação pelo predador e pelas presas, favorecendo sua sobrevivência e a captura de alimentos, respectivamente.

Raposa-do-ártico (A. lagopus): pode atingir aproximadamente 90 centímetros$90\text{ cm}$ de comprimento.

Assim, a seleção natural é um processo natural de manutenção das variações favoráveis à sobrevivência, que, geralmente, resulta na eliminação das variações desfavoráveis. Portanto, os organismos mais bem adaptados a sobreviver em determinadas condições têm mais probabilidade de transmitir suas características para uma prole, aumentando a frequência dessa característica ao longo das próximas gerações.

O processo contínuo de diferenciação das populações pode levar ao acúmulo de variações, a ponto de originar novas espécies. Esse processo é denominado especiação e implica em ancestralidade comum, ou seja, duas espécies, por exemplo, seriam descendentes de uma única espécie ancestral que existiu no passado.

A sociedade reagiu negativamente às ideias sobre evolução. Quando se propõe uma descendência comum entre as espécies de seres vivos, defende-se que esses seres são aparentados entre si, o que contraria muitas crenças religiosas. Alguns pesquisadores aplicaram as ideias de Darwin em seus trabalhos; outros resistiram e continuaram com a ideia de que as espécies obedeciam a uma evolução linear, tal como proposto por Lamarck. O fato é que os argumentos de Darwin e Wallace eram baseados em evidências.

Darwin também defendeu a ideia da seleção sexual e seu valor evolutivo, pois observou que alguns organismos têm vantagens reprodutivas em relação a outros do mesmo sexo.

Os efeitos desse tipo de seleção são bastante visíveis em animais que têm características relacionadas aos rituais de acasalamento e corte, como penas coloridas, plumagem chamativa e cornos, e que apresentam dimorfismo sexual acentuado, ou seja, acentuada diferença entre machos e fêmeas.

Esse tipo de seleção pode se dar tanto entre machos disputando entre si o acesso às fêmeas e às áreas de reprodução como pelas fêmeas priorizando determinados machos.

Os pavões-indianos, por exemplo, têm acentuado dimorfismo sexual. Os machos são dotados de penas da cauda chamativas, as quais são utilizadas como item de seleção de machos pelas fêmeas.

Pavão-indiano (P. cristatus): pode atingir aproximadamente 2 metros$2\text{ m}$ de comprimento.

Seleção artificial

Desde muito tempo o ser humano observa animais e plantas que apresentam características de seu interesse e os seleciona. Um exemplo desse tipo de seleção foi realizado com o milho atual (Zea mays), resultado da seleção artificial e da domesticação do teosinto (Balsas teosinte), há cerca de 9 mil anos.

No teosinto, os grãos eram muito pequenos e duros e não ficavam aderidos à espiga, por exemplo. Ao longo do tempo, o ser humano foi selecionando características consideradas favoráveis, o que resultou em uma nova linhagem de plantas, nas quais os grãos eram maiores e se mantinham presos na espiga, o milho atual.

Esse tipo de seleção também ocorre entre animais que têm características consideradas favoráveis, como os bovinos. Nesse ramo da pecuária, animais que apresentem características favoráveis à produção de carne ou de leite, por exemplo, são selecionados e direcionados a gerar proles com as mesmas características.

Como as características nesses seres vivos não são selecionadas naturalmente por favorecerem sua sobrevivência, mas sim por interesses humanos, a seleção é dita artificial.

a ) Você é favorável à seleção artificial? Converse com os colegas sobre o assunto.

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levar os estudantes a expor suas opiniões sobre o tema, posicionando-se a respeito disso e respeitando as opiniões divergentes. Aproveite o momento para comentar com eles que a seleção artificial é um processo que ocorre há milênios e, atualmente, diversos itens consumidos pelo ser humano em larga escala são fruto desse tipo de seleção.

Síntese moderna evolutiva

A teoria de Darwin e Wallace foi essencial para os estudos da evolução das espécies, assim como estudos de outros cientistas ao longo do tempo. No entanto, ela não conseguiu responder a algumas questões evolutivas, como por que diferenças sutis entre os indivíduos de uma população podiam gerar novas espécies completamente diferentes. Essa dificuldade pode ser, em parte, por causa da falta de conhecimentos sobre Genética e pelo fato de não haver, na época, conhecimento sobre o mecanismo de transmissão das características aos descendentes.

No século XX, alguns estudiosos tentaram unir as ideias darwinistas e mendelianas em uma teoria evolutiva, fazendo surgir, então, a síntese moderna evolutiva ou síntese moderna da evolução, também conhecida como teoria sintética da evolução. Nessa teoria, foram reunidas contribuições da Genética, da Sistemática e da Paleontologia^✚ ao estudo evolutivo, integrando a teoria darwinista e as descobertas sobre a hereditariedade.

Esses novos estudos desenvolveram a noção de que espécies são populações isoladas reprodutivamente de outras, e não somente tipos morfológicos semelhantes entre si. A seguir, são apresentados os princípios da síntese moderna evolutiva.

Professor, professora: Enfatize aos estudantes que o conhecimento científico é uma construção humana coletiva, passível de mudanças ao longo do tempo, ou seja, não é uma verdade absoluta. Essas características podem ser percebidas ao longo do estudo das teorias evolutivas, por exemplo.

A evolução depende de fatores que modificam as frequências de alelos e de genótipos em uma população. Entre esses fatores estão: a mutação, a recombinação gênica, o fluxo gênico (migração), a deriva genética, os cruzamentos preferenciais e a seleção natural. Alguns desses fatores serão abordados a seguir.

Mutações

De maneira geral, as mutações podem ser consideradas modificações que ocorrem na sequência dos pares de bases nitrogenadas de uma molécula de DNA.

A.

B.

Representação de exemplo de mutação em sequência de DNA.

Em A, a sequência original de DNA; em B, a sequência de DNA com a substituição de uma base nitrogenada. Em grande parte dos casos, alterações nos códons mudam os aminoácidos inseridos na proteína em produção.

As mutações são a base para a evolução dos seres vivos, pois provocam variações nos indivíduos de uma população. Por exemplo, a mutação pode alterar a capacidade de adaptação de um indivíduo, deixando-o propenso a sobreviver em certo ambiente, sob determinadas condições. Já a seleção natural atua na manutenção das mutações que conferem vantagem à espécie.

Apesar de a frequência de mutações naturais ser baixa em uma população, cerca de uma em um milhão, ela é suficiente para gerar diversidade genética.

Migração

A migração ou fluxo gênico ocorre quando indivíduos (migrantes) chegam a uma nova localidade. Eles podem acrescentar novos alelos à população nativa ou modificar as frequências de alelos já existentes. Confira a seguir.

A.

B.

C.

Representação de fluxo gênico envolvendo migração.

Imagens elaboradas com base em: FLUXO gênico. Evolução 101. Disponível em: https://s.livro.pro/jwj1hd. Acesso em: 17 set. 2024.

Especiação

Como estudamos, a especiação é um processo evolutivo relacionado ao surgimento de novas espécies com base em uma linhagem preexistente. A variabilidade genética é a chave para a evolução e para o processo de especiação. Para que a especiação ocorra, é necessário que os conjuntos gênicos da espécie ancestral e da nova espécie se diferenciem. Ou seja, é preciso interromper o fluxo gênico entre ambas.

Por isso, a especiação pode ocorrer, por exemplo, pelo isolamento geográfico. Nele, populações de uma espécie são mantidas separadas por uma barreira geográfica, impedindo que os indivíduos de uma população cruzem com os de outra população, bloqueando, dessa maneira, o fluxo de genes entre elas. Com isso, inicia-se o processo de diferenciação, que pode levar à especiação. Confira a seguir.

I.

II.

III.

Representação de diferentes etapas (I a III) do processo de especiação por isolamento geográfico. Na etapa I, as setas indicam o cruzamento entre indivíduos das diferentes populações (1 e 2).

Imagens elaboradas com base em: PURVES, William K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 415.

Professor, professora: Ao citar as barreiras geográficas, explique aos estudantes que esse tipo de barreira pode surgir como resultado de diferentes processos naturais, como um terremoto, que pode mudar o curso de um rio, ou o choque de placas tectônicas que pode resultar na formação de montanhas.

Equívocos sobre evolução

Se dissessem a você que é possível associar a evolução a um progresso constante, tanto de complexidade quanto de melhora no desempenho do organismo, você concordaria com essa afirmação? Muitas pessoas, ao responder a esta questão, cometem um equívoco comum: o de associar evolução a progresso. Há pessoas que acreditam que evolução é a passagem de uma forma de vida inferior ou primitiva para uma forma de vida superior. No entanto, evolução não significa progresso, tampouco é direcionada. Leia o texto a seguir.

Professor, professora: Incentive os estudantes a responder à questão proposta no texto.

A evolução biológica é uma mudança nas características determinadas geneticamente das populações, que ultrapassa o período de vida de um indivíduo. Por isso, é importante ressaltar que a evolução ocorre em populações e não nos genes e indivíduos, logo um organismo sozinho não evolui. Além disso, as mudanças em uma população precisam ser transmitidas de uma geração a outra por meio do material genético.

A evolução também não é previsível, tampouco direcionada a determinada adaptação. Além disso, não acompanha um padrão linear. Confira a seguir.

A.

B.

Imagens elaboradas com base em: MEYER, Diogo; EL-HANI, Charbel Niño. Evolução: o sentido da biologia. São Paulo: Unesp, 2005. p. 21.

Professor, professora: A origem de mutações é ao acaso, mas a evolução tem um componente estocástico (deriva genética) e um determinístico (seleção natural).

Evidências evolutivas

Atualmente, para a Ciência, é aceito e reconhecido que os seres vivos evoluíram e continuam evoluindo. Mas como podemos comprovar que a evolução das espécies realmente aconteceu? As respostas estão em evidências científicas. Vamos conhecer algumas delas a seguir.

Fósseis

Os fósseis são restos ou vestígios de seres que viveram no passado. Podem ser formados por partes duras de organismos, como ossos ou conchas, e vestígios deixados por eles, como pegadas ou moldes. Outra possibilidade são os fósseis de organismos inteiros, como os encontrados em âmbar^✚ solidificado.

O estudo dos fósseis nos ajuda a conhecer a história evolutiva do planeta Terra, pois fornece evidências de como eram os seres que viveram no passado, possibilitando identificar possíveis elos com as espécies atuais e revelar as prováveis condições ambientais da época. Porém, esse registro não é completo, pois muitos fósseis não chegaram a ser encontrados. Além disso, nem todos os organismos deixaram restos ou vestígios que possibilitassem seu estudo.

Muitos dos fósseis encontrados são semelhantes às espécies atuais, o que pode evidenciar um parentesco evolutivo.

Anatomia comparada

Ao analisarmos a anatomia dos animais, é possível perceber algumas semelhanças entre eles.

7. Observe as imagens a seguir. O que você pode concluir sobre a estrutura e a funcionalidade delas?

Imagens sem proporção e em cores fantasia.

Professor, professora: Nas imagens dos membros de gato e morcego, enfatize aos estudantes que os ossos representados com as mesmas cores são homólogos.

Imagens elaboradas com base em: HOPSON, Janet L.; WESSELLS, Norman K. Essentials of biology. New York: McGraw-Hill, 1990. p. 9.

Resposta pessoal. O objetivo desta questão é levar os estudantes a analisar criticamente as imagens. Espera-se que eles reconheçam que essas estruturas apresentam os mesmos tipos de ossos (identificados pelas mesmas cores), com formatos distintos, e desempenham papéis diferentes, sendo um deles para voar, no caso do morcego, e outro para andar/correr, no caso do gato.

Quando comparamos anatomicamente os membros anteriores de mamíferos, como morcego e gato, percebemos que essas estruturas são bastante semelhantes. Nesse caso, diz-se que essas estruturas apresentam semelhança homóloga e os órgãos são homólogos, pois correspondem a estruturas de origem embrionária semelhante, proveniente de um ancestral comum.

Ao analisar essas representações, note que, apesar de externamente distintas, essas estruturas compartilham os mesmos ossos, indicando uma origem comum. Porém, essas estruturas apresentam funções distintas. No morcego, os membros anteriores são adaptados ao voo, e no gato, à caminhada e à corrida. As estruturas homólogas que assumem funções diferentes ao longo do tempo são exemplos de divergências evolutivas e representam evidências evolutivas.

Por outro lado, as asas de aves, insetos e morcegos, por exemplo, surgiram de maneira independente em grupos distintos de seres vivos. No entanto, são adaptações relacionadas a uma mesma função específica: o voo. Por isso, as asas nesses animas são consideradas uma semelhança análoga. Esse tipo de semelhança é um exemplo de convergência evolutiva, isto é, uma característica semelhante que evoluiu independentemente em duas espécies, mas que não estava presente no ancestral comum a elas. Dessa maneira, elas não evidenciam parentesco evolutivo.

Órgãos vestigiais

Alguns seres vivos apresentam órgãos vestigiais. Esses órgãos se assemelham a estruturas funcionais em determinados organismos, mas não realizam nenhuma função.

Se analisarmos o esqueleto de uma serpente, por exemplo, é possível identificar ossos similares aos da bacia de outros animais, os quais estão relacionados a membros. Embora as serpentes atuais utilizem a musculatura do corpo para se locomoverem por rastejamento, análises fossilíferas comprovam que os ancestrais desses répteis tinham membros desenvolvidos, semelhantes aos dos lagartos.

Em algumas serpentes atuais, como as do gênero Python, é possível identificar externamente as esporas pélvicas. Essas estruturas são uma capa córnea sobre o fêmur vestigial, indicação de que seus ancestrais tinham membros.

Embriologia comparada

A análise comparada de embriões de diferentes grupos de seres vivos possibilita identificar algumas semelhanças no desenvolvimento embrionário, sendo, portanto, uma evidência evolutiva. Confira as imagens a seguir.

Ao compararmos os embriões dos três mamíferos apresentados nas imagens, é possível identificar semelhanças e diferenças entre eles, o que direciona para a existência de um ancestral comum.

Semelhanças moleculares

Todos os seres vivos são formados por células, que apresentam, como material genético, o DNA. Os genes são trechos do DNA transcritos em RNA e podem dar origem a proteínas. Dessa maneira, o DNA, o RNA e as proteínas são moléculas que podem ser comparadas e utilizadas para estabelecer o quanto uma espécie é próxima da outra. Por exemplo, quanto maior a semelhança entre as sequências de DNA das espécies, mais próximas evolutivamente elas são.

Professor, professora: Para auxiliar na compreensão do conceito de semelhança molecular, cite o seguinte exemplo aos estudantes: considere uma comparação de sequências de material genético, usando genes diferentes entre as espécies A, B e C. Se compararmos o gene I, A e B têm sequências mais semelhantes do que quando comparados com C. Quando comparamos um outro gene II, vamos encontrar a mesma relação de A mais próximo de B, indicando origem comum.

Genética de populações

Existe uma área da Biologia evolutiva que estuda a Genética de populações e busca analisar as frequências de genes e seus alelos em determinada população e sua distribuição no espaço. Esse estudo visa compreender, por exemplo, como algumas características estão distribuídas na população e quais fatores influenciam sua ocorrência, além de fazer previsões sobre a história das populações.

A Genética de populações pode ser usada em diversas situações, por exemplo, para descobrir por que uma doença como a anemia falciforme é mais prevalente na população africana do que nas demais. Essa Ciência também pode ajudar a entender as frequências alélicas de determinadas populações de animais ameaçados de extinção, o que poderia ser útil na elaboração de estratégias de conservação.

Para chegar a essas conclusões, esse estudo se baseia na frequência alélica e na frequência genotípica. A fim de facilitar a compreensão do conteúdo, considere como exemplo uma população com 8 indivíduos, com um gene que pode apresentar 2 alelos: A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ e a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$; e 3 genótipos: A A$\mathbf{\text{AA}}$, A maiúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{Aa}}$ e a minúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{aa}}$. Para entender como as características se distribuem na população, é necessário quantificar a variação genética existente. Acompanhe a seguir como isso é realizado.

Frequência genotípica

Para obter a frequência dos genótipos ou frequência genotípica na população do exemplo, devemos identificar a razão entre a quantidade de indivíduos de cada genótipo e o total da população.

• Frequência de A maiúsculo A maiúsculo é igual a 3 oitavos é igual a 0 vírgula 375$\text{Frequência de }\mathbf{\text{AA}}=\frac{3}{8}=\mathrm{0,375}$
• Frequência de a minúsculo a minúsculo é igual a 2 oitavos é igual a 0 vírgula 25$\text{Frequência de }\mathbf{\text{aa}}=\frac{2}{8}=\mathrm{0,25}$
• Frequência de A maiúsculo a minúsculo é igual a 3 oitavos é igual a 0 vírgula 375$\text{Frequência de }\mathbf{\text{Aa}}=\frac{3}{8}=\mathrm{0,375}$

Em seguida, é preciso simbolizar as frequências genotípicas de maneira algébrica. Para isso, foram convencionadas as letras P, Q e R para representar a proporção de cada genótipo.

Finalmente, deve-se converter as proporções em porcentagens e o total deve ser de 1 ou 100%.

Professor, professora: O valor total igual a 1 na proporção numérica se deve ao fato de as frequências corresponderem a proporções em uma unidade, de modo semelhante a que as porcentagens são proporções em 100.

Frequência alélica

Para obter a frequência alélica, é feita a contagem das frequências de cada alelo do gene na população estudada. No exemplo, como cada genótipo tem 2 alelos, há um total de 16 alelos no lócus estudado na população de 8 indivíduos. Obtém-se, portanto, a razão entre as quantidades.

• Frequência de A maiúsculo é igual a 9 16 avos é igual a 0 vírgula 5625$\text{Frequência de }\mathbf{\text{A}}=\frac{9}{16}=\mathrm{0,5625}$
• Frequência de a minúsculo é igual a 7 16 avos é igual a 0 vírgula 4375$\text{Frequência de }\mathbf{\text{a}}=\frac{7}{16}=\mathrm{0,4375}$

Em seguida, devem-se converter os valores da frequência alélica em representações algébricas, em que p será a frequência de A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ e q, a frequência de a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$.

• p é igual a 0 vírgula 5625$p=\mathrm{0,5625}$
• q é igual a 0 vírgula 4375$q=\mathrm{0,4375}$
  Como p é a frequência do alelo A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ e q é a frequência do alelo a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$, tem-se que:

É possível calcular as frequências alélicas com base nas frequências genotípicas obtidas anteriormente.

• p é igual a P mais 1 meio Q é igual a 0 vírgula 375 mais 1 meio vezes 0 vírgula 375 portanto p é igual a 0 vírgula 5625$p=P+\frac{1}{2}Q=0,375+\frac{1}{2}\mathbf{·}0,375\mathbf{\therefore }p=0,5625$
• q é igual a R mais 1 meio é igual a 0 vírgula 25 mais 1 meio vezes 0 vírgula 375 portanto q é igual a 0 vírgula 4375$q=R+\frac{1}{2}=0,25+\frac{1}{2}\mathbf{·}0,375\mathbf{\therefore }q=0,4375$

Equilíbrio de Hardy-Weinberg

Com base na frequência alélica de uma geração, é possível estimar a frequência genotípica da geração seguinte. Essa estimativa pode ser obtida se a população estiver em equilíbrio de Hardy-Weinberg. Para auxiliar na compreensão desse tema, acompanhe o exemplo a seguir.

Considere uma população com reprodução sexuada, em que os alelos se segregam durante a meiose. Um cruzamento entre indivíduos com característica intermediária (heterozigoto) resulta em uma população formada por indivíduos intermediários e organismos com características extremas, que são os homozigotos. Se na população a reprodução é aleatória em relação ao lócus A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$, considere que a frequência desse alelo é 0,6 tanto nos gametas masculinos como nos femininos. A probabilidade de um espermatozoide ou de um ovócito aleatório ter o lócus A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ é de:

Assim, a frequência alélica da prole seria de 36% de A maiúsculo barra A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}\text{/}\mathbf{\text{A}}$. Logo, a prole a minúsculo barra a minúsculo$\mathbf{\text{a}}\text{/}\mathbf{\text{a}}$ será de:

A probabilidade de um gameta masculino A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ e um gameta feminino a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$ se combinarem, formando um heterozigoto A maiúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{Aa}}$ é de:

A probabilidade de um gameta masculino a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$ e um feminino A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ se combinarem é a mesma. Por isso, a variação é mantida em uma população e as proporções de homozigoto e heterozigotos em uma população se mantêm em gerações sucessivas. Isso forma uma distribuição de equilíbrio, que pode ser calculada por:

Logo, p elevado ao quadrado mais 2 p q mais q elevado ao quadrado é igual a 1$p^2+2pq+q^2=1$ é a fórmula do equilíbrio de Hardy-Weinberg.

Agora, você pode estar se perguntando: Por que o "2" em 2 p q$2pq$? A resposta está na probabilidade. Considere a probabilidade de, em dois lançamentos de uma moeda, ocorrerem duas caras, que é de abre parênteses 1 meio fecha parênteses elevado ao quadrado${\left(\frac{1}{2}\right)}^2$ e o mesmo de obter duas coroas. A chance de sair uma cara e uma coroa é de 2 vezes abre parênteses 1 meio fecha parênteses elevado ao quadrado${2\mathbf{·}\left(\frac{1}{2}\right)}^2$, pois pode sair uma cara e depois uma coroa, ou pode sair uma coroa e depois uma cara.

Se fizermos uma analogia, o alelo A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ é cara e o alelo a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$ é coroa. Duas caras são A A$\mathbf{\text{AA}}$; duas coroas, a minúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{aa}}$; uma cara e uma coroa, A maiúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{Aa}}$; uma coroa e uma cara a minúsculo A maiúsculo.$\mathbf{\text{aA}}.$ A probabilidade de obter duas caras é 1 meio$\frac{1}{2}$; assim, p é igual a 1 meio$\text{p}=\frac{1}{2}$. Já a chance de ocorrer uma cara e uma coroa é de 2 p q$2pq$, ou 2 vezes abre parênteses 1 meio fecha parênteses elevado ao quadrado$2\mathbf{·}{\left(\frac{1}{2}\right)}^2$. Como há duas maneiras de obter uma cara e uma coroa, multiplica-se por "2". E, da mesma maneira, há duas possibilidades de surgir A maiúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{Aa}}$, pois o gene A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ pode vir do pai e o a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$ da mãe, ou o gene a minúsculo$\mathbf{\text{a}}$ pode vir do pai e o A maiúsculo$\mathbf{\text{A}}$ da mãe, resultando em um descendente A maiúsculo a minúsculo$\mathbf{\text{Aa}}$ em ambos os casos.

O teorema de Hardy-Weinberg foi formulado no início do século XX e mostrou como os padrões estudados na herança mendeliana podem manter as variações genéticas. Esse teorema depende de alguns princípios básicos. Leia-os a seguir.

• A população analisada deve ser grande.
• Os cruzamentos devem ser aleatórios.
• A seleção natural não pode atuar na população.
• Não devem ocorrer migrações.

Analisando os princípios básicos do teorema de Hardy-Weinberg, é evidente que é difícil aplicar esse teorema a populações naturais, pois isso depende da ausência de seleção natural e de cruzamentos aleatórios, eventos raramente observados naturalmente.

Geneticistas populacionais, entretanto, utilizam esse teorema para comparar proporções genotípicas em determinadas populações e, caso encontrem desvios dos valores esperados, analisam o que pode estar interferindo na amostra para que isso ocorra. Assim, o resultado pode ser um indicativo de que é necessário estudar a população em questão.

Conforme já estudado, a análise da proporção genotípica de uma população segue diversas etapas, as quais são simplificadas quando se aplica o teorema de Hardy-Weinberg. Para que as proporções genotípicas da geração seguinte possam ser encontradas, é preciso conhecer as frequências genotípicas dos adultos da população analisada e aplicar o teorema. Isso é possível porque, de maneira geral, as frequências gênicas não mudam entre os adultos de uma geração e os recém-nascidos da geração seguinte.

História geológica da Terra

Imagine que você é um cientista e precisa responder à seguinte questão: "Se distribuirmos o tempo geológico (4,6 bilhões de anos) em um calendário atual, em que dia e mês do ano teria surgido a espécie humana moderna (Homo sapiens)?"

Estudamos anteriormente algumas evidências do processo de evolução dos seres vivos. Compreendemos, por exemplo, que a análise de fósseis e de características das rochas nas quais eles são encontrados pode indicar o período geológico e as condições em que esses seres viviam na Terra, além de compreender como eram no passado e sua influência nas formas de vida existentes atualmente.

Ao responder à questão proposta inicialmente, é possível concluir que o surgimento do ser humano moderno (H. sapiens) na Terra é um evento relativamente recente na história do planeta. É esse assunto que vamos estudar nas próximas páginas.

Estudando a filogenia do ser humano

De acordo com a classificação biológica, tanto o cachorro como o ser humano e o chimpanzé são mamíferos. No entanto, o primeiro faz parte da ordem dos carnívoros, enquanto os dois últimos compõem a ordem dos primatas, compartilhando, assim, mais características em comum, tendo em vista que o ancestral comum entre eles é mais recente do que o ancestral do ser humano e do cachorro.

Para compreender a história evolutiva do ser humano e sua relação com outros seres vivos, como os outros primatas, é preciso entender também sua posição evolutiva em relação às demais espécies existentes atualmente, bem como conhecer as mudanças pelas quais espécies ancestrais passaram até o surgimento do H. sapiens, com as características atuais. Essa compreensão é possível por meio da análise das relações evolutivas do H. sapiens com as demais espécies.

A maioria dos primatas apresenta as seguintes características: sentido da visão bem desenvolvido e, geralmente, olhos voltados para a frente; hábitos arbóreos; mãos e pés preênseis, ou seja, capazes de segurar; cinco dígitos e polegar opositor; garras modificadas em unhas; ossos dos membros (rádio e ulna e tíbia e fíbula) separados e que se movimentam por meio de articulações; osso da clavícula; ninhada pequena de, geralmente, um filhote.

Sabe-se que os ancestrais humanos eram arborícolas e tinham as características citadas anteriormente, muitas das quais foram precursoras das particularidades apresentadas pelos seres humanos.

Bugio-preto (A. caraya): pode atingir aproximadamente 50 centímetros$50\text{ cm}$ de comprimento.

Professor, professora: Ao abordar a imagem do bugio-preto, incentive os estudantes a identificar no animal algumas das características inerentes à maioria dos primatas: hábito arbóreo, olhos voltados para a frente, mãos e pés preênseis, cinco dígitos com polegar opositor e unhas e membros articulados.

Analise as imagens a seguir.

Imagens elaboradas com base em: UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA. Evolução humana e aspectos socioculturais. Disponível em: https://s.livro.pro/7ke9sr. Acesso em: 17 set. 2024.

A característica de polegar opositor das mãos é comum a diversos primatas, inclusive aos seres humanos. No entanto, os polegares opositores dos pés não ocorrem em todos os primatas. Aliás, essa ausência é uma característica que distingue os seres humanos dos demais primatas.

A perda do polegar opositor do pé ao longo da evolução está diretamente relacionada ao modo de locomoção desenvolvido pelos seres humanos, que estudaremos ainda neste capítulo.

Como você pôde perceber até o momento, o ser humano é evolutivamente mais próximo de alguns seres vivos do que de outros. Ao longo do tempo, foram propostas diversas classificações taxonômicas, visando identificar as possíveis relações entre os diferentes grupos de primatas. Atualmente, considera-se mais adequada a classificação que se baseia em informações genéticas.

Com base nessa classificação taxonômica, a ordem dos primatas pode ser dividida em subordens, como a dos prossímios e a dos antropoides. Os prossímios são primatas menores, com focinho longo e cérebro pequeno quando comparado ao dos antropoides. Têm uma dieta generalista e são encontrados na África, na Ásia e na ilha de Madagascar. Confira os exemplos a seguir.

Lêmure-de-cauda-anelada (L. catta): pode atingir aproximadamente 46 centímetros$46\text{ cm}$ de comprimento.

Lóris-pigmeu (N. pygmaeus): pode atingir aproximadamente 25 centímetros$25\text{ cm}$ de comprimento.

Társio (T. bancanus): pode atingir aproximadamente 13 centímetros$13\text{ cm}$ de comprimento.

Professor, professora: Ao citar a classificação taxonômica dos primatas, comente com os estudantes que subordem é uma categoria taxonômica intermediária, entre ordem e família. Comente também que a dieta generalista é aquela que inclui diversidade de itens alimentares, em oposição à dieta especialista, que é mais restritiva.

Os antropoides, por sua vez, têm cérebro relativamente grande, quando comparados aos prossímios, e face pequena. Eles são divididos em antropoides (ou macacos) do Novo Mundo (infraordem Platyrrhini) e antropoides (ou macacos) do Velho Mundo (infraordem Catarrhini), nos quais estão inclusos os hominíneos, como o ser humano.

Todos os Platyrrhini são arborícolas, encontrados nas Américas, e a maioria tem cauda longa e preênsil, utilizada para se prenderem aos galhos. Confira os exemplos a seguir.

Mico-leão-dourado (L. rosalia): pode atingir aproximadamente 37 centímetros$37\text{ cm}$ de comprimento.

Macaco-da-noite (A. trivirgatus): pode atingir aproximadamente 47 centímetros$47\text{ cm}$ de comprimento.

Bugio (A. seniculus): pode atingir aproximadamente 72 centímetros$72\text{ cm}$ de comprimento.

Quanto aos Catarrhini, nem todos são arborícolas, havendo também, entre eles, espécies terrestres. Os primatas dessa infraordem apresentam as narinas próximas, voltadas para a frente e para baixo, e a maioria é de grande porte, podendo ser encontrados na África e na Ásia. Confira os exemplos a seguir.

Babuíno-anúbis (P. anubis): pode atingir aproximadamente 76 centímetros$76\text{ cm}$ de comprimento.

Gibão (H. lar): pode atingir aproximadamente 58 centímetros$58\text{ cm}$ de comprimento.

Bonobo (P. paniscus): pode atingir aproximadamente 1 vírgula 2 metro$\mathrm{1,2}\text{ m}$ de comprimento.

Por meio de análises filogenéticas, é possível, por exemplo, identificar as espécies com as quais o ser humano tem parentesco evolutivo mais recente. Os dados morfológicos e moleculares também podem ser usados para construir representações gráficas chamadas de árvores filogenéticas.

Ao analisar a árvore filogenética dos primatas, apresentada a seguir, é possível perceber que os seres humanos compartilham um ancestral mais recente com chimpanzés do que com gorilas, orangotangos e gibões. Assim, há evidências de que esse ancestral comum deu origem a dois grupos distintos − o dos seres humanos e o dos bonobos e chimpanzés.

Analise a seguir a árvore filogenética dos primatas.

Imagem elaborada com base em: AYALA, Francisco J.; CELA-CONDE, Camilo J. Processes in human evolution: the journey from early hominins to Neanderthals and modern humans. New York: Oxford University Press, 2017. p. 82.

O ser humano faz parte da família Hominidae, que também inclui grandes símios. Essa família pode ser subdividida em subfamílias: Ponginae, que inclui os orangotangos; Gorillinae, que inclui os gorilas; e Homininae, que inclui seres humanos e chimpanzés. Confira a seguir.

Fonte de pesquisa: AYALA, Francisco J.; CELA-CONDE, Camilo J. Processes in human evolution: the journey from early hominins to Neanderthals and modern humans. New York: Oxford University Press, 2017. p. 53.

Há evidências de que chimpanzés e bonobos são mais próximos dos seres humanos do que dos outros antropoides do Velho Mundo viventes na atualidade. Por isso, um ancestral teria originado os seres humanos, os chimpanzés e os gorilas. Ainda não se sabe exatamente qual seria esse ancestral. Porém, análises indicam que os driopitecíneos, um grupo de primatas extintos do gênero Dryopithecus e que viveu antes de seres humanos, chimpanzés e gorilas, poderiam incluir o ancestral comum a esses hominídeos em razão de suas características.

Estima-se que a semelhança genética entre seres humanos e chimpanzés seja de, aproximadamente, 99%. Assim, chimpanzés compartilham características e uma história evolutiva mais próxima ao ser humano do que se supunha no passado.

De acordo com as evidências evolutivas, podemos afirmar, então, que seres humanos e chimpanzés compartilharam um ancestral comum, que se diversificou ao longo do tempo, dando origem às duas linhagens. Dessa maneira, o correto é dizer que seres humanos e chimpanzés compartilham um ancestral comum exclusivo, e não que o ser humano evoluiu dos chimpanzés, considerados mais próximos evolutivamente da espécie humana.

A etóloga inglesa Valerie Jane Morris-Goodall (1934 -) é considerada a cientista que mudou a maneira de o ser humano ver outros primatas, como os chimpanzés, e de se enxergar em relação a eles. Entre seus diversos estudos, ela comprovou que os chimpanzés são capazes de fabricar e utilizar ferramentas, comportamento até então considerado exclusivamente humano.

O andar bípede é uma das principais características humanas. Ao andar sobre as pernas, as mãos ficaram livres e se tornaram úteis para coletar e carregar alimentos, cuidar da prole, além de demandar menor gasto energético. A postura bípede permitia, ainda, uma melhor visualização de possíveis predadores, o que poderia ser útil na defesa individual e do grupo.

Há evidências de que a postura ereta foi essencial no ambiente cada vez mais árido, tendo em vista que nessa postura a área de exposição à radiação solar é menor quando comparada com um ser vivo quadrúpede, que também está mais próximo ao solo. Como resultado, o andar bípede auxiliou a reduzir a perda de água para o ambiente. Evidências também indicam que o andar bípede possibilitou percorrer grandes distâncias.

O esqueleto humano apresenta diversas características relacionadas ao andar bípede. Confira a seguir.

Imagens sem proporção e em cores fantasia.

A. A coluna humana tem uma curvatura em S, posicionando o centro de gravidade do corpo próximo à linha média. Essa estrutura facilita o equilíbrio durante o andar bípede e possibilita que a coluna vertebral se flexione durante a caminhada.

B. A organização da caixa torácica humana possibilita flexionar o tronco e manter os braços livres, o que o ajuda no equilíbrio corporal ao caminhar.

C. A pelve^✚ dos seres humanos é mais larga e curta do que a dos demais primatas, suportando melhor a parte superior do corpo e favorecendo o equilíbrio durante o andar bípede.

D. O fêmur dos seres humanos é mais longo e transfere o peso exercido pelo corpo para joelhos e pés.

E. Os pés dos seres humanos têm dedos alinhados, com solado exibindo um pronunciado arco. Essas adaptações possibilitam que os dedos dos pés impulsionem o caminhar e o calcanhar amorteça os impactos desse tipo de locomoção.

Em geral, os pés dos primatas são adaptados para o andar quadrúpede, bem como para agarrar; eles têm grandes diferenças entre os dedos dos pés e solas planas.

Imagem elaborada com base em: PARKER, Steve. O livro do corpo humano. Barueri: Ciranda Cultural, 2007. p. 36.

Em primatas quadrúpedes, o forame magno^✚ está deslocado para a porção traseira do crânio. Em bípedes, como o ser humano, o forame magno está posicionado mais ao centro da parte inferior do crânio, favorecendo um posicionamento vertical da cabeça.

Imagem elaborada com base em: PAULSEN, Friedrich; WASCHKE, Jens. Sobotta: atlas de anatomia humana: cabeça, pescoço e neuroanatomia. 23. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. v. 3. p. 14.

História evolutiva do ser humano

Leia o trecho de reportagem a seguir.

GARCIA, Rafael. Hominídeo que coexistiu com Neandertal é descoberto. O Globo, Rio de Janeiro, ano XCVI, n. 32099, 25 jun. 2021. p. 13.

Apesar das diversas evidências sobre a evolução humana, ela ainda tem muitas lacunas e não é totalmente compreendida. Isso é resultado de diferentes fatores que dificultam o estudo dessa história, entre eles a falta de registro fóssil completo. A cada nova descoberta fóssil, novas espécies podem ser inseridas na história evolutiva do ser humano, confirmando, complementando ou alterando algo em relação ao que se sabe até então.

A seguir, vamos conhecer com mais detalhes o que se sabe até o momento sobre a história evolutiva do ser humano moderno – o Homo sapiens.

Os hominíneos, provavelmente, separaram-se dos chimpanzés entre 8 e 5 milhões de anos atrás. Há poucos registros fósseis de hominíneos e os que foram encontrados são relativamente recentes. O fóssil que alguns pesquisadores consideram o hominíneo mais antigo já encontrado é o de Sahelanthropus tchadensis, encontrado em Chade, na África. Estima-se que ele tenha vivido entre 6 e 7 milhões de anos atrás e apresentava características tanto de primatas não humanos como de seres humanos.

Entre as características não humanas apresentadas por S. tchadensis, podemos citar crânio alongado com cérebro reduzido (inferior ao do chimpanzé, por exemplo), rosto inclinado e sobrancelhas proeminentes. Quanto às características semelhantes às humanas, temos os dentes caninos reduzidos e a abertura do crânio para inserção da medula espinal, favorável ao andar bípede.

Outro fóssil importante na história evolutiva humana é o de Orrorin tugenensis, descoberto no Quênia, na África. O fêmur desse animal indica que ele também poderia ser bípede, e estima-se que tenha vivido há aproximadamente 6 milhões de anos.

Professor, professora: Ao abordar as imagens dos representantes dos hominíneos, explique aos estudantes que a provável face é uma reconstituição elaborada com o auxílio de diferentes tecnologias, tendo como base os fósseis encontrados de algumas espécies.

Análises fossilíferas de várias espécies de hominíneos, como S. tchadensis e O. tugenensis, sugerem que as primeiras espécies desses primatas tinham estatura modesta e os cérebros não eram maiores que os dos macacos modernos. Além disso, os primeiros grupos de hominíneos apresentavam características que permitiam a eles tanto o andar ereto como o escalar.

Ao longo do tempo, novas características foram surgindo entre as espécies. Algumas delas desenvolveram maxilares e dentes robustos ideais para mastigar alimentos duros ou fibrosos, como partes de plantas. Outras apresentaram um aumento no volume do cérebro, quando comparado ao restante do corpo, e redução no tamanho das mandíbulas e dos dentes. Nesse processo evolutivo, observa-se também o bipedalismo tornando-se o modo de locomoção dominante entre as espécies.

Acompanhe a seguir as principais espécies de hominíneos que fazem parte da história evolutiva do ser humano moderno. Note que diversas espécies coexistiram em um mesmo período e evidências indicam que muitas delas compartilharam inclusive a mesma área de ocupação.

Sahelanthropus tchadensis

(7 − 6 milhões de anos)

Australopithecus afarensis

(3,7 − 3 milhões de anos)

Australopithecus africanus

(3,3 − 2,1 milhões de anos)

Representação de algumas espécies de hominíneos e o provável tempo em que viveram, considerando o período de 7 milhões de anos a 2 milhões de anos atrás.

Imagens elaboradas com base em: ROBERTS, Alice. Evolution: the human story. New York: Dorling Kindersley, 2011. p. 60-61.

Homo habilis

(2,4 − 1,6 milhão de anos)

Homo ergaster

(1,9 − 1,5 milhão de anos)

Homo georgicus

(1,8 milhão de anos)

Homo erectus

(1,8 milhão de anos − 100.000 anos atrás)

Homo antecessor

(1,2 milhão de anos − 500.000 anos atrás)

Homo floresiensis

(95.000 − 50.000 anos atrás)

Homo heidelbergensis

(600.000 − 200.000 anos atrás)

Homo neanderthalensis

(350.000 − 28.000 anos atrás)

Homo sapiens

(200.000 anos atrás até a presente data)

Representação de algumas espécies de hominíneos e o provável tempo em que viveram, considerando o período a partir de 3 milhões de anos atrás.

Imagens elaboradas com base em: ROBERTS, Alice. Evolution: the human story. New York: Dorling Kindersley, 2011. p. 60-61.

A seguir, vamos conhecer mais informações sobre alguns gêneros de hominíneos que fazem parte da história evolutiva dos seres humanos modernos.

Gênero Australopithecus

Fósseis de Australopithecus anamensis foram descobertos no norte do Quênia. Datados de 4,2 a 3,9 milhões de anos atrás, esses fósseis tinham postura bípede e há evidências de que sejam ancestrais de A. afarensis, um hominídeo que viveu entre 3,7 e 3 milhões de anos atrás. Vários fósseis de A. anamensis foram encontrados na Etiópia, na Tanzânia e no Quênia, e suas análises indicam que tais hominíneos viveram em um ambiente seco, do tipo savana, havendo a possibilidade de terem vivido em grupos. Eles tinham características tanto de hominíneos como de primatas não hominíneos, eram bípedes e apresentavam dimorfismo sexual, sendo os machos maiores do que as fêmeas.

Há evidências de que o Australopithecus garhi viveu há 2,5 milhões de anos no norte do continente africano. Membros dessa espécie utilizavam ferramentas para dilacerar animais, indicando que sua dieta era à base de carne e, portanto, rica em proteínas e gorduras, diferentemente dos grupos estudados até agora cuja dieta era onívora.

Professor, professora: Ao abordar a imagem da reconstituição de Lucy e Lucien, se considerar pertinente, comente com os estudantes que os ossos de Lucy, cuja idade é de aproximadamente 3,3 milhões de anos, foram encontrados na Etiópia, entre 1973 e 1977. Já os ossos de Lucien foram encontrados na mesma região, mas em 1991.

Gênero Paranthropus

Outros hominíneos que viveram na região leste da África foram classificados no gênero Paranthropus. Durante certo tempo, eles foram considerados membros do grupo de hominíneos do gênero Australopithecus, mas um estudo mais detalhado comprovou que se tratava de um gênero à parte. A descoberta desse novo gênero indica que a linhagem de hominíneos não evoluiu de maneira linear como se pensava no passado, de australopitecos ao gênero Homo, até o ser humano atual. A linhagem de Paranthropus divergiu, formando outro ramo na evolução dos hominídeos. O Paranthropus aethiopicus viveu entre 2,7 e 2,3 milhões de anos atrás. Alguns estudiosos acreditam que essa espécie pode ser descendente de alguma outra do gênero Australopithecus, pois compartilham algumas semelhanças no crânio.

Um dos primeiros fósseis de hominíneos do gênero Paranthropus foi descoberto, em 1959, por Mary Leakey (1913-1996), arqueóloga britânica cujas escavações e descobertas contribuíram para o conhecimento sobre a história evolutiva dos seres humanos. A descoberta de Leakey, pertencente à espécie P. boisei, foi essencial para os cientistas reconhecerem que fósseis encontrados anteriormente, em 1955, pertenciam a esse novo gênero, até então desconhecido.

Mary foi casada com o paleoantropólogo queniano-britânico Louis Leakey (1903-1972) e, juntos, realizaram importantes escavações e publicações para a ciência do século XX.

Gênero Homo

Estima-se que uma linhagem do gênero Homo tenha surgido de um ancestral do gênero Australopithecus. A espécie Homo habilis foi uma das primeiras desse gênero e viveu no leste e no sudeste da África, entre 2,4 milhões e 1,6 milhão de anos atrás. De acordo com os fósseis encontrados, eles viviam em unidades familiares e produziam ferramentas de pedra lascada. Nessa espécie, o dimorfismo sexual era acentuado e os machos eram maiores do que as fêmeas.

Outra espécie é Homo rudolfensis, que viveu no leste da África entre 1,9 e 1,8 milhão de anos atrás, o que indica que coexistiu com H. habilis. A espécie H. erectus tem algumas características semelhantes às do ser humano atual, como os braços mais curtos em relação às pernas, diferentemente da maioria das espécies anteriores, que tinham os braços mais longos.

É provável que H. erectus pudesse caminhar e percorrer longas distâncias. Os fósseis indicam que esse hominíneo construía ferramentas de pedras, como machadinhas e cutelos^✚. Há indícios de que essa espécie manipulava o fogo, fazendo fogueiras, provavelmente para se aquecer. Também há evidências de que vivia em grupos e cuidava dos membros mais velhos da unidade familiar. Fósseis do H. erectus já foram encontrados na África e na Ásia e estima-se que tenha vivido entre 1,8 milhão e 100 mil anos atrás.

As características físicas de H. erectus indicam que seus representantes viviam sobre o solo, sendo, portanto, distintos dos hominíneos anteriores, que provavelmente alternavam a escalada em árvores com a caminhada no solo.

Em 1857, no Vale de Neander, na Alemanha, foi encontrado o fóssil de um hominíneo, que foi chamado de homem de Neandertal (Homo neanderthalensis). Essa linhagem viveu entre 350 mil e 28 mil anos atrás, entre a Europa e a Ásia Ocidental. As áreas cerebrais relacionadas à fala eram tão desenvolvidas quanto as dos seres humanos atuais, mas não se sabe como se comunicavam. Seu corpo suportava o frio glacial, na Idade do Gelo, na Europa. Fósseis encontrados sugerem que essa espécie praticava rituais, como enterrar os entes que faleciam e deixar-lhes flores, hábitos não encontrados em outros hominíneos.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Os hominíneos, como Homo neanderthalensis, tinham uma face relativamente achatada e cérebro maior. O formato da face mantém os dois olhos posicionados de modo que o campo visual seja mais abrangente, com uma visão estereoscópica, isto é, relacionada à percepção de profundidade. Sabe-se que essa característica teria sido importante para os ancestrais de H. sapiens, que se deslocavam na mata.

Algumas evidências também demonstram que os neandertais cuidavam dos mais incapazes, fato não observado nas linhagens anteriores. Eles fabricavam uma diversidade de ferramentas consideradas sofisticadas, viviam em abrigos e utilizavam roupas feitas de pele de outros animais, já que eram grandes caçadores. Os tipos de caças variavam sazonalmente, com renas no inverno e veados no verão. As fraturas nos ossos desses hominíneos sugerem que tais interações com animais de grande porte durante a caça poderiam trazer prejuízos aos neandertais. Eles também dominavam o fogo, elemento imprescindível para se aquecer.

A espécie H. sapiens, única vivente desse gênero, habita o planeta há cerca de 200 mil anos. Alguns dos primeiros fósseis dessa espécie foram encontrados em uma caverna chamada Cro-Magnon, no sudeste da França, e evidenciam que eles cuidavam uns dos outros, o que pode ter favorecido sua sobrevivência.

Entre os fósseis encontrados na caverna de Cro-Magnon, na França, em 1868, havia um crânio, que foi denominado Cro-Magnon 1. Trata-se de um dos primeiros fósseis encontrados do ser humano atual.

Estima-se que o Cro-Magnon 1 tenha vivido há 28 mil anos e teria falecido com, aproximadamente, 45 anos de idade.

Assim como outras espécies de hominíneos, Homo sapiens também fazia as próprias ferramentas, entretanto elas eram mais especializadas do que as dos outros grupos e passaram a ser utilizadas na caça, na pesca, na coleta de alimentos e na costura. Além disso, viviam em abrigos, onde morava grande quantidade de indivíduos, e controlavam o fogo, utilizando-o para se aquecer e cozinhar, por exemplo.

Durante muito tempo, os representantes de Homo sapiens foram caçadores e coletores. Porém, há cerca de 11 mil anos, passaram a cultivar plantas para a alimentação, desenvolvendo, assim, o cultivo de plantas (agricultura) e, posteriormente, a criação de animais (pecuária). Dessa forma, a necessidade de caçar para obter alimento diminuiu, uma vez que os animais criados forneciam leite, carne, couro, pele e ovos.

A organização social da espécie H. sapiens também era mais elaborada, com o desenvolvimento de uma linguagem falada e com acentuada expressão artística. Essa espécie de hominíneo também criou rituais complexos de arte, referentes à música e à produção de adornos. Sua capacidade de sobrevivência e adaptação permitiu que se espalhasse por todos os continentes.

As pinturas rupestres^✚ são produções artísticas feitas em rochas por seres humanos no período Paleolítico, que se estende da origem dos primeiros hominíneos capazes de produzir ferramentas até, aproximadamente, 12 mil anos atrás. Tais pinturas são uma importante forma de manifestação da cultura, da comunicação e da arte do ser humano.

Dispersão de Homo sapiens

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

ESCOBAR, Herton. Cientistas brasileiros reescrevem a história do gênero humano. Jornal da USP, 5 jul. 2019. Disponível em: https://s.livro.pro/kbwjh0. Acesso em: 17 set. 2024.

A hipótese mais aceita até então sobre a diversificação e dispersão do gênero Homo é a de que a primeira espécie a deixar a África e a habitar outros continentes foi H. erectus, há cerca de 2 milhões de anos. Evidências indicam que essa espécie, que teria surgido de H. habilis, espalhou-se pelo Oriente Médio, depois para o leste da China, Ilha de Java e oeste da Europa, muito antes da dispersão do ser humano moderno (H. sapiens). Assim, H. habilis nunca teria deixado a África. No entanto, com as novas descobertas dos paleontólogos brasileiros, essa história pode ser modificada.

O estudo demonstra que a primeira espécie do gênero Homo a deixar a África teria sido H. habilis, há cerca de 2,5 milhões de anos, não H. erectus. De acordo com os dados obtidos, H. erectus teria surgido de H. habilis na região do Cáucaso, distribuindo-se, então, dessa região para os demais continentes, como a África. Dessa maneira, H. habilis teria ocupado a Eurásia antes de H. erectus.

Anteriormente, estudamos que as primeiras espécies conhecidas de hominíneos viviam no continente africano e que, provavelmente, as mais recentes viveram na África, na Ásia e na Europa. Mas ainda há uma questão a ser destacada: onde surgiu a espécie Homo sapiens? Há duas possíveis hipóteses para essa questão. Uma delas, conhecida como "para fora da África", afirma que H. sapiens se originou na África e migrou para os outros continentes. A outra hipótese, denominada "multirregional", defende que populações de hominíneos evoluíram paralelamente na África, na Europa e na Ásia, o que explica a distribuição dos fósseis.

Professor, professora: Classificar espécies fósseis é uma questão arbitrária pois as espécies fósseis são contínuas. Assim, determinar quando termina H. habilis e começa H. erectus é arbitrário.

O mapa a seguir mostra algumas das possíveis vias de dispersão de Homo sapiens.

Dispersão de Homo sapiens

Fonte de pesquisa: FUTUYMA, Douglas J.; KIRKPATRICK, Mark. Evolution. 4. ed. Massachusetts: Sinauer Associates, 2017. p. 555.

Há evidências genéticas que apontam como mais provável a hipótese de que o ser humano atual teve origem no continente africano. Isso porque elas indicam que, entre 60 mil e 40 mil anos atrás, a espécie humana chegou à Europa, ao leste da Ásia e à Austrália. Há também evidências que indicam que H. sapiens caminhou da Sibéria para o Alasca pelo Estreito de Bering quando o mar estava baixo e o estreito, seco. Depois, levou cerca de 8 mil anos para se espalhar pelas Américas do Norte e do Sul. Assim, em menos de 50 mil anos, a espécie H. sapiens se espalhou pelo planeta. Até então, nenhuma outra espécie de ser vivo percorreu essa área de maneira tão rápida.

Quando comparamos as populações humanas de diferentes locais e analisamos o DNA mitocondrial, é possível perceber que os seres humanos atuais têm um ancestral comum recente, que seria africano. Com a dispersão do ser humano para diferentes regiões, as populações começaram a divergir, dando origem a diferentes características, como as relacionadas à cor dos olhos e da pele, à altura e aos ossos faciais.

Apesar de essas diferenças serem visíveis, do ponto de vista do genoma humano elas não são representativas entre as populações, uma vez que observamos mais variações genéticas em uma mesma população do que entre populações. Isso porque muitas dessas características são influenciadas pelo ambiente em que as populações vivem.

Além das variações genéticas, a dispersão do ser humano promoveu o surgimento de diferentes culturas – influenciadas por fatores locais, como as condições ambientais – e que foram enriquecidas ao longo do tempo. Tanto a diversidade genética como a cultural foram e são importantes para a sobrevivência e a manutenção dos seres humanos.

Professor, professora: Ao abordar as variações de fenótipos dos seres humanos, explique aos estudantes que, por exemplo, a cor clara da pele de grupos humanos evoluiu de mutações, à medida que essas populações se adaptavam a limitações da incidência de luz solar em climas frios. Informações complementares sobre esse assunto nas Orientações para o professor.

Sociedade e cultura humanas

Entre as características que distinguem a espécie humana das demais espécies de seres vivos estão as habilidades de raciocínio e comunicação mais complexas e a cultura. A construção desta última está ligada a diversas características da espécie Homo sapiens. Vamos conhecer algumas delas a seguir.

Quando o ser humano se tornou capaz de criar animais e cultivar plantas, deixou de ser nômade e passou a ser sedentário. Com isso, começou a fixar moradia. Em vez de utilizar cavernas e troncos como abrigos, desenvolveu formas mais complexas feitas de pedra, madeira, argila e galhos, entre outros materiais.

Dos outros animais e das plantas, os seres humanos passaram a obter não somente o alimento, mas também a matéria-prima necessária para suas vestimentas, como a lã de animais e o linho usando o algodão. Além disso, com o tempo, as pessoas passaram a formar comunidades, modificando sua maneira de trabalhar e de viver. A agricultura, por exemplo, foi aprimorada com a utilização de instrumentos, como o arado puxado por animais.

O ser humano também passou a trocar e a comercializar produtos dentro das comunidades e com os vilarejos vizinhos. Essas comunidades formaram sociedades, que se transformaram em civilizações, cada uma com suas regras e leis.

Como os seres humanos nascem pequenos e indefesos − assim como acontece com outras espécies −, necessitam de cuidado parental. Quando os pais cuidam dos filhos após o nascimento, há mais oportunidade de compartilharem aprendizagens.

Assim, conforme crescem e se desenvolvem, os pais transmitem aos filhos conhecimentos necessários, por exemplo, para sua sobrevivência. O cuidado parental na espécie humana é fundamental para a sobrevivência e o desenvolvimento das crianças.

De acordo com a Constituição Federal de 1988, os pais têm direito à licença-paternidade de pelo menos cinco dias consecutivos, a contar do nascimento de seu descendente. Tal direito é considerado essencial para a família e a criança, auxiliando na criação de vínculo entre as partes envolvidas.

Professor, professora: Comente com os estudantes que em invertebrados, muitas vezes, os pais morrem antes que seus filhotes eclodam dos ovos, não podendo transmitir qualquer informação à prole, além da hereditária.

Na vida em sociedade, o que é aprendido e considerado importante para a manutenção dos indivíduos deve ser compartilhado, ou seja, os ensinamentos devem ser transmitidos de uma geração para outra por meio da cultura. Assim, essa é outra característica do ser humano que favorece sua manutenção no ambiente.

Além dos conhecimentos adquiridos dos pais e de familiares, as crianças aprendem em instituições, como a escola.

A cada nova geração, há um aumento na quantidade de informações partilhadas. Ou seja, além dos conhecimentos provenientes dos antepassados, novos conhecimentos são aprendidos com base em experiências próprias ou por meio do contato com outras culturas, por exemplo. Assim, há um acúmulo de conhecimentos de uma geração para outra, o que permite afirmar que, atualmente, o conhecimento continua a se expandir.

Nas comunidades indígenas, os mais jovens aprendem sobre a cultura e as tradições de seu povo com uma pessoa mais experiente, que lhes transmite oralmente o que aprendeu com os antepassados.

Corpo humano em movimento

O ser humano é capaz de realizar diversos movimentos, dos mais simples aos mais complexos, que envolvem a ação conjunta de diferentes sistemas e estruturas corporais. Essa habilidade resultou de várias alterações estruturais ocorridas ao longo da evolução dos primatas e, posteriormente, dos hominíneos.

A capacidade de o ser humano andar e correr, por exemplo, relaciona-se diretamente com a postura bípede, desenvolvida ao longo da evolução, e é considerada a principal diferença entre os seres humanos e os chimpanzés. Confira a imagem a seguir.

A.

B.

Representação de vista lateral de esqueleto de chimpanzé (A) e esqueleto de ser humano (B).

Imagens elaboradas com base em: ROBERTS, Alice. Evolution: the human story. New York: DK Publishing, 2011. p. 53.

Quando comparamos os esqueletos de chimpanzés e seres humanos, é possível identificar diversas adaptações ao longo da evolução humana, que favoreceram uma postura ereta e o andar bípede. Entre elas:

• pernas mais longas, posicionadas abaixo do centro de gravidade do corpo;
• pélvis mais curta e larga, posicionando o tronco acima do quadril;
• pernas mais longas do que os braços, que podem se movimentar ao lado do corpo, auxiliando no equilíbrio durante o andar/correr;
• coluna vertebral com curvatura em S, favorecendo o equilíbrio na postura bípede e a absorção de impacto desse tipo de movimentação;
• joelhos posicionados sob o centro de gravidade do corpo;
• forame magno mais deslocado para frente, favorecendo o equilíbrio do crânio sobre a coluna vertebral em uma postura ereta;
• os polegares não opositores dos pés, alinhados aos demais dedos, e os pés arqueados, favorecendo a caminhada/corrida.

A seleção de muitas das adaptações relacionadas ao andar bípede, citadas anteriormente, está relacionada com a mudança do hábito arborícola dos ancestrais humanos nas florestas úmidas, para o da vida terrestre nas savanas, motivada pelas alterações climáticas que deixaram o clima africano mais seco.

Sustentação do corpo humano

Para realizar os diversos movimentos que os seres humanos são capazes, é necessário que o corpo se sustente. Isso é possível por conta da existência de estruturas rígidas que formam o arcabouço do corpo humano: os ossos. Em geral, o corpo humano adulto tem 206 ossos, com diferentes formatos e tamanhos que, em conjunto, compõem o esqueleto.

Os ossos são estruturas fortes e resistentes. Sua composição inclui proteínas, como o colágeno, água e minerais, principalmente íons cálcio abre parênteses C a sobrescrito 2 mais, fecha parênteses$\left({\text{Ca}}^{2+}\right)$ e fosfato abre parênteses P O subscrito 4 sobrescrito 3 menos, fecha parênteses$\left({{\text{P}\text{O}}_4}^{3-}\right)$. Os ossos também estão associados a vasos sanguíneos, que nutrem as células ósseas. Confira a seguir.

I.

Imagem elaborada com base em: PAULSEN, Friedrich; WASCHKE, Jens. Sobotta: atlas de anatomia humana: anatomia geral e sistema muscular. 23. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. v. 1. p. 15.

II.

Imagem elaborada com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 119.

Imagens desta página sem proporção e em cores fantasia.

Resistência e mobilidade

Provavelmente, você ingere água várias vezes ao longo do dia. Além da importância desse hábito para a saúde, você já parou para refletir sobre como é possível realizar o movimento de segurar uma garrafa com água e levá-la até a boca, considerando que os ossos do membro superior, assim como todos os demais, são rígidos?

A resistência dos ossos é essencial para sustentar e manter a estrutura do corpo humano. No entanto, para realizar movimentos, diferentes partes do corpo devem se mover, ou seja, é necessário que haja mobilidade.

Professor, professora: Incentive os estudantes a responder à questão proposta no início do tema Resistência e mobilidade. A resposta é pessoal e tem como objetivo levantar os conhecimentos prévios da turma a respeito das características ósseas associadas aos movimentos realizados pelo corpo humano.

Apesar da estrutura rígida dos ossos, é possível movimentar diferentes partes do esqueleto em razão das articulações, que são pontos de contato entre ossos, por exemplo. Além da união das estruturas ósseas, elas proporcionam flexibilidade e protegem determinados órgãos e tecidos. Quanto ao grau de mobilidade que apresentam, as articulações podem ser classificadas em imóveis, semimóveis e móveis. Confira a seguir.

A.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 128-156.

B.

C.

D.

Se pudéssemos observar os ossos e as articulações envolvidos no movimento de levar a garrafa com água à boca, por exemplo, perceberíamos algo semelhante à imagem a seguir.

Imagem elaborada com base em: TORTORA, Gerard J. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 190, 201.

Ao analisar a imagem, note o papel da articulação do cotovelo para realizar o movimento de "dobrar" o membro superior, aproximando o antebraço direito do braço direito.

1. Em sua opinião, os músculos representados na imagem auxiliam a realizar o movimento de flexão do antebraço direito? Explique sua resposta.

Resposta: Espera-se que os estudantes reconheçam que sim, esses músculos são os responsáveis por "puxar" e "empurrar" os ossos durante o movimento em questão, nesse caso, a ulna e o rádio.

Movimentando os ossos

Ao se contraírem, os músculos puxam os ossos, movimentando determinadas partes do corpo, como o antebraço. Portanto, os movimentos que realizamos são resultado da ação integrada de ossos, articulações, tendões, músculos e sistema nervoso.

Existem diferentes tipos de músculo no corpo humano. Alguns deles, chamados músculos esqueléticos, estão diretamente relacionados aos movimentos, pois se ligam aos ossos por meio de tendões, um tipo de cordão fibroso. Confira a seguir.

Professor, professora: Se considerar pertinente, ao abordar o papel desempenhado pelos músculos esqueléticos no organismo, comente com os estudantes que esses músculos também ajudam a manter a postura e a estabilidade das articulações, bem como contribuem para a manutenção da temperatura e proteção de órgãos internos.

A.

B.

C.

Quando os músculos se contraem, tracionam os tendões que movimentam determinados ossos, enquanto as articulações atuam como ponto de apoio para essa movimentação. Em conjunto, essas estruturas são responsáveis pela movimentação de partes do corpo humano. Confira o exemplo a seguir.

Quando o antebraço realiza o movimento de flexão, o bíceps se contrai, diminuindo seu comprimento. O tendão puxa o rádio, que se move em direção ao braço. Nesse movimento, o bíceps se contrai e o tríceps relaxa.

Note que a flexão do antebraço envolve o trabalho conjunto dos músculos bíceps e tríceps. Isso porque a maioria dos músculos esqueléticos está disposta em pares, flexores/extensores, abdutores/adutores, por exemplo. Assim, em alguns movimentos, quando um músculo se contrai, o outro relaxa, como no movimento de flexão do antebraço.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 185-201.

Coordenação dos movimentos e regulação do corpo humano

Como você estudou, os movimentos dependem da ação conjunta de diferentes sistemas, mas qual é o sistema responsável por comandar e coordenar tais movimentos? Todos os sistemas do corpo humano apresentam associações com vasos sanguíneos e nervos. Estes últimos fazem parte do sistema nervoso humano que, entre outras funções, controla os movimentos corporais e regula o funcionamento dos órgãos e dos sistemas.

Sistema nervoso

Estruturalmente, o sistema nervoso é dividido em duas partes.

A parte central do sistema nervoso recebe estímulos^✚ de diferentes partes do corpo humano, interpreta-os e gera respostas a eles. Essa parte do sistema nervoso é formada pelo encéfalo e pela medula espinal. Vários nervos estão ligados à medula espinal, a qual mantém a comunicação entre encéfalo e outras regiões do corpo, que respondem a determinados estímulos do ambiente.

A parte periférica do sistema nervoso encaminha impulsos nervosos até a parte central e transmite as respostas aos diferentes órgãos e às estruturas do corpo. Ela se comunica com a parte central do sistema nervoso e com os diversos órgãos e é formada, principalmente, por nervos, gânglios, pelos plexos entéricos^✚ e receptores sensoriais.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: PARKER, Steve. O livro do corpo humano. Barueri: Ciranda Cultural, 2007. p. 68-69.

O encéfalo é formado principalmente por tecido nervoso e se divide em telencéfalo, cerebelo, tronco encefálico e diencéfalo.

O diencéfalo é dividido em tálamo e hipotálamo. O tálamo recebe e retransmite impulsos nervosos provenientes de diferentes regiões do corpo humano. O hipotálamo participa da regulação de importantes processos do corpo humano, como o deslocamento de alimentos no sistema digestório, a contração da bexiga urinária e os batimentos cardíacos; controla a fome, a saciedade e a sede; atua também no controle da temperatura corporal e na manutenção do estado de consciência do ser humano.

O telencéfalo é dividido em hemisfério direito e hemisfério esquerdo. Ele apresenta três áreas principais: sensitivas, motoras e de associação. As áreas sensitivas recebem e interpretam impulsos provenientes de diferentes partes do corpo, como olhos, orelhas e nariz. As áreas motoras controlam movimentos dos músculos esqueléticos. As áreas de associação conectam as áreas sensitivas e motoras, além de relacionar-se com as emoções, a memória, a inteligência e a personalidade.

O cerebelo atua na coordenação dos movimentos e na manutenção da postura e do equilíbrio do corpo.

O tronco encefálico é subdividido em mesencéfalo, ponte e bulbo. O mesencéfalo e a ponte recebem impulsos nervosos da medula espinal e os transmitem para outras partes do encéfalo. No bulbo, localizam-se os centros de controle de várias funções básicas do corpo humano, como o ritmo e a força dos batimentos cardíacos, a deglutição, a tosse e a frequência respiratória.

Professor, professora: Ao abordar a estrutura do encéfalo, comente com os estudantes que a estrutura conhecida como cérebro é formada pela junção do telencéfalo e do diencéfalo.

O tecido nervoso é composto de neurônios e gliócitos, também chamados neuróglia ou glia.

Os neurônios são células capazes de responder a estímulos físicos, químicos e mecânicos, transformando-os em impulsos nervosos e transmitindo-os a outras células.

A maioria dos neurônios tem três partes: corpo celular, dendritos e axônios. Além disso, grande parte dessas células nervosas apresenta extrato mielínico, secretado pelas células de Schwann, um tipo de gliócito.

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

Os dendritos (A) são prolongamentos geralmente curtos e bastante ramificados, que partem do corpo celular. Eles recebem a maioria dos impulsos nervosos que chegam aos neurônios.

O extrato mielínico (B) reveste o axônio e é composto de proteínas e mielina, um material lipídico.

O corpo celular (C) é a região do neurônio na qual se localizam o núcleo e as organelas.

O axônio (D) é um prolongamento cilíndrico com comprimento e diâmetro variáveis, porém, geralmente, maiores que o dendrito. Cada neurônio apresenta um único axônio, que conduz impulsos nervosos a outras células.

Os gliócitos, por sua vez, atuam na sustentação, nutrição, manutenção e proteção dos neurônios. Essas células são menores e mais numerosas que os neurônios, além disso são capazes de se dividir, formando novas células. Diferentemente dos neurônios, os gliócitos não geram nem conduzem impulsos nervosos.

A medula espinal é um órgão tubular que se estende das primeiras vértebras cervicais até o início da região lombar. A região mais interna da medula espinal é formada por uma substância cinzenta, que corresponde aos corpos celulares dos neurônios e aos axônios sem extrato mielínico. A região externa da medula espinal, por sua vez, é formada por uma substância branca, que corresponde a axônios com mielina.

Os nervos são conjuntos de axônios envolvidos por tecido conjuntivo, também chamado fibras nervosas, e que atuam na condução dos impulsos nervosos.

Os gânglios são compostos, principalmente, de corpos celulares de neurônios envolvidos por tecido conjuntivo. Os gânglios atuam na transmissão de impulsos nervosos.

Imagem elaborada com base em: PARKER, Steve. O livro do corpo humano. Barueri: Ciranda Cultural, 2007. p. 80.

Professor, professora: Se considerar pertinente, ao abordar a imagem da medula espinal, comente com os estudantes que as três camadas ao redor dessa estrutura, chamadas de meninges espinais, são: pia-máter (interna), aracnoide-máter (intermediária) e dura-máter (externa). Elas revestem a medula espinal e auxiliam na proteção dessa estrutura.

Origem e transmissão do impulso nervoso

Como mencionado anteriormente, os neurônios são capazes de transformar estímulos em impulsos nervosos, ou seja, são excitáveis, transmitindo tais impulsos a diferentes partes do corpo. Como isso ocorre?

As células do corpo humano têm diferença de cargas elétricas entre os meios intracelular e extracelular, que podem estar carregados de forma negativa e positiva, respectivamente. Essa diferença de cargas elétricas é chamada potencial de membrana e as células nesse estado são chamadas polarizadas. A existência desse potencial é resultado da distribuição desigual de íons no citosol e no líquido extracelular.

Quando os neurônios não estão conduzindo impulso nervoso, isto é, estão em repouso, a voltagem da membrana plasmática é o potencial de membrana em repouso e equivale a menos 70 milivolt$-70\text{ mV}$. A chegada de um estímulo ao neurônio pode causar a despolarização de sua membrana plasmática e a consequente geração de um impulso nervoso (potencial de ação).

Professor, professora: Ao citar o potencial de membrana, comente com os estudantes que o sinal negativo indica que o interior da membrana é negativo em relação ao exterior.

O impulso nervoso se caracteriza por ser uma sequência de eventos que diminui e inverte o potencial da membrana por conta da movimentação de íons através da membrana plasmática. Confira a seguir.

A. A chegada do estímulo à membrana celular altera os canais iônicos voltagem-dependentes em parte da membrana celular. Como resultado, há entrada de íons sódio abre parênteses N a sobrescrito mais fecha parênteses$\left({\text{Na}}^{+}\right)$ na célula, levando a face interna a se tornar, gradativamente, menos negativa. Inicia-se, assim, a despolarização da membrana plasmática.

Se o estímulo for suficientemente forte, ocorre a rápida alteração do potencial de membrana e a inversão momentânea da polaridade (área despolarizada).

B. A despolarização de uma área da membrana celular interfere nos canais iônicos das regiões adjacentes, iniciando a despolarização de áreas vizinhas.

C. Após um curto intervalo de tempo, os canais de sódio da primeira porção despolarizada se fecham e os de potássio se abrem, possibilitando a saída de íons potássio abre parênteses K sobrescrito mais fecha parênteses$\left({\text{K}}^{+}\right)$ da célula. Com isso, ocorre a repolarização e o retorno do potencial de repouso da membrana (área repolarizada). À medida que novas porções da membrana são despolarizadas e repolarizadas, ocorre a transmissão do impulso nervoso ao longo do axônio, na chamada condução contínua.

A.

B.

C.

Representação das etapas (A a C) de geração e transmissão de impulso nervoso em axônio de neurônio sem extrato mielínico.

Professor, professora: Ao abordar o item A do esquema sobre a condução contínua, comente com os estudantes que um estímulo suficientemente forte é aquele capaz de alterar o potencial de membrana até que ele atinja 55 milivolt$55\text{ mV}$.

Quando ocorre a fase de despolarização, o potencial de membrana, que era negativo, torna-se menos negativo até atingir zero de carga e, em seguida, tornar-se positivo. Durante a repolarização, o estado da membrana é restaurado à sua carga inicial negativa.

A presença do extrato mielínico aumenta a velocidade de condução dos impulsos nervosos nos neurônios. Isso porque os canais iônicos voltagem-dependentes estão localizados, principalmente, nos espaços entre as deposições de extrato mielínico, os chamados nódulos de Ranvier. Confira a seguir.

D. O estímulo chega à membrana celular, altera os canais iônicos voltagem-dependentes de um dos nódulos de Ranvier, resultando na entrada de íons sódio na célula. Isso ocorre até a despolarização da membrana plasmática e a inversão momentânea da polaridade nessa área.

E. A despolarização do primeiro nódulo interfere nos canais iônicos do nódulo adjacente, iniciando sua despolarização. Após um curto intervalo de tempo, os canais de sódio do primeiro nódulo se fecham e os de potássio se abrem, possibilitando a saída de íons potássio da célula e a repolarização da membrana desse nódulo.

F. À medida que novas áreas de nódulo são despolarizadas e repolarizadas, ocorre a transmissão do impulso nervoso. Como o processo de despolarização e repolarização ocorre apenas nesses espaços e não ao longo de toda a membrana do axônio, observa-se a condução saltatória do impulso nervoso.

D.

E.

F.

Representação das etapas (D a F) de geração e transmissão de impulso nervoso em neurônio com extrato mielínico.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 246.

Os impulsos nervosos são transmitidos de um neurônio a outro. A maioria dessas células ficam próximas entre si, mas sem contato físico entre as suas membranas. Assim, o impulso nervoso é transmitido do axônio de um neurônio aos dendritos de outro por meio de sinapses, na chamada transmissão sináptica.

O neurônio que transmite a informação, ou seja, o sinal elétrico, é o neurônio pré-sináptico. Já o que recebe o sinal é o neurônio pós-sináptico. Esses dois neurônios são separados por um espaço chamado fenda sináptica. As sinapses podem ser elétricas ou químicas. Nas sinapses elétricas, o impulso nervoso propaga-se diretamente entre as membranas plasmáticas de neurônios adjacentes por meio de estruturas chamadas junções comunicantes^✚.

As sinapses químicas são as que ocorrem mais frequentemente. Nelas, o impulso nervoso de um neurônio pré-sináptico estimula a liberação de moléculas chamadas neurotransmissores na fenda sináptica, os quais geram um impulso nervoso no neurônio pós-sináptico. O efeito dos neurotransmissores é momentâneo, pois são degradados por enzimas na fenda sináptica, um espaço entre o botão terminal sináptico e a placa motora terminal.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 248

Um neurônio motor também pode transmitir impulsos elétricos para um músculo esquelético, gerando um potencial de ação muscular, como na junção neuromuscular.

Na junção neuromuscular ocorre a transmissão de impulso nervoso entre um neurônio motor e uma fibra muscular esquelética, causando sua contração. Nos músculos esqueléticos, o axônio dos neurônios se divide em ramificações chamadas terminais axônicos, que se alargam em dilatações chamadas botões terminais sinápticos, os quais contêm vesículas com neurotransmissores. A região da fibra muscular próxima ao terminal axônico é conhecida como placa motora terminal.

A.

B.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 189.

Hormônios

Além do sistema nervoso, a coordenação e a execução de diversas funções e movimentos envolvem a participação do sistema endócrino. Esse sistema é composto de células e glândulas que produzem e eliminam substâncias que podem ser lançadas na superfície do corpo, em cavidades e no meio que envolve as células. Nesse último caso, as substâncias são chamadas hormônios e se difundem para a corrente sanguínea.

Professor, professora: Explique aos estudantes que, em geral, a ação do sistema nervoso é rápida, já a do sistema endócrino demora um pouco mais para surtir efeito, porém é mais duradoura e ocorre até que o hormônio seja removido do sangue.

A secreção de hormônios pelas glândulas pode ser regulada por três tipos distintos de mecanismos: sinais enviados pelo sistema nervoso, alterações nas concentrações químicas de determinadas substâncias no sangue e por outros hormônios. A seguir, vamos conhecer algumas glândulas e hormônios do corpo humano.

• O hipotálamo é a principal conexão entre o sistema nervoso e o sistema endócrino. Suas células produzem diversos hormônios que desempenham diversas funções no organismo, controlando, inclusive, outras glândulas, como a adeno-hipófise.
• A hipófise é uma glândula que se liga ao hipotálamo e apresenta duas porções: adeno-hipófise e neuro-hipófise. Devido à grande variedade de hormônios produzidos pela hipófise, ela atua no controle de diversas atividades, órgãos e, inclusive, outras glândulas.
  Entre os hormônios produzidos pela hipófise, podemos citar: o hormônio do crescimento (GH), que estimula o crescimento e a divisão de determinadas células, como as dos ossos e dos músculos; o hormônio estimulante da glândula tireoide (TSH), que estimula a produção e a secreção dos hormônios da tireoide; a prolactina, hormônio que estimula a produção de leite nas glândulas mamárias; a ocitocina, que estimula a liberação do leite produzido nas glândulas mamárias e, durante o parto normal, estimula as contrações do útero, necessárias para o nascimento do bebê; o hormônio antidiurético (ADH), que age nos rins, nos quais estimula a reabsorção de água, resultando na formação de menor volume de urina.

A.

B.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 328, 340.

• A tireoide é uma glândula que secreta três hormônios: calcitocina, tiroxina (conhecido como T subscrito 4${\text{T}}_4$) e tri-iodotironina (conhecido como T subscrito 3${\text{T}}_3$). A calcitocina relaciona-se com a formação dos ossos. Já os hormônios T subscrito 3${\text{T}}_3$ e T subscrito 4${\text{T}}_4$ atuam na regulação do metabolismo do corpo e, com outros hormônios, também estimulam o crescimento e o desenvolvimento do organismo, em especial do sistema nervoso.
• As paratireoides são quatro pequenas glândulas localizadas atrás da tireoide. Essas glândulas produzem e secretam o paratormônio, que atua na regulação da absorção de sais de cálcio. Elas também coordenam processos de formação e modelam os ossos, além de influenciar a coagulação sanguínea e a contração muscular.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 333, 335, 337.7

Ao analisar as imagens das glândulas apresentadas anteriormente é possível notar a íntima relação dessas glândulas com os vasos sanguíneos.

Embora cada glândula produza hormônios específicos, há situações em que diferentes glândulas e hormônios são envolvidos. Por exemplo, em uma situação de intensa atividade física ou de estresse, notam-se algumas alterações fisiológicas no organismo que sustentam esse estado e garantem o funcionamento adequado do organismo. Acompanhe o exemplo a seguir.

• Durante atividade física intensa, o hipotálamo sinaliza os nervos das glândulas suprarrenais para a liberação de hormônios que levem a alterações fisiológicas para sustentar esse tipo de atividade ao mesmo tempo que reduz outras funções corporais, como a digestão.
• As medulas das glândulas suprarrenais recebem estímulos do hipotálamo para que produzam e liberem epinefrina (adrenalina) e norepinefrina (noradrenalina). Esses hormônios promovem o aumento da frequência cardíaca e da força de contração, bem como a elevação da frequência respiratória, que aumenta a taxa de ventilação pulmonar e, consequentemente, de trocas gasosas. Observa-se também a dilatação de vasos sanguíneos que suprem órgãos como coração, músculos esqueléticos e fígado, visando maior fluxo sanguíneo, e aumento da taxa de glicose no sangue, visando garantir a produção adequada de A T P$\text{ATP}$.

Receptores sensoriais

O sistema nervoso também possibilita ao ser humano perceber o ambiente ao redor. Nesse caso, tal sistema atua na percepção de estímulos luminosos, sonoros, mecânicos e químicos.

Essa capacidade de percepção está relacionada à existência de receptores sensoriais em órgãos específicos do corpo humano. Esses receptores são neurônios e, portanto, capazes de transformar estímulos em sinais elétricos, transmitidos por meio de nervos até a parte central do sistema nervoso, onde ocorre a interpretação desses sinais. De acordo com o tipo de estímulo que detectam, os receptores sensoriais podem ser de diferentes tipos. É sobre esse assunto que vamos estudar a seguir.

Quimiorreceptores

Professor, professora: Ao abordar os quimiorreceptores, explique aos estudantes que esse tipo de receptor também detecta a presença de determinadas substâncias em líquidos do corpo, como o sangue.

Os quimiorreceptores são capazes de detectar substâncias químicas e estão em órgãos sensoriais, como língua e nariz, nos possibilitando sentir gostos e cheiros, por exemplo.

A.

B.

C.

Professor, professora: Ao abordar a micrografia da superfície da língua, se considerar pertinente, comente com os estudantes que as outras estruturas apresentadas na imagem, permeando as papilas circunvaladas, são papilas filiformes, as quais não são associadas ao paladar, mas sim a funções táteis da língua.

Agora, vamos estudar como ocorre a percepção dos odores. Confira a seguir.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 299, 301.

Mecanorreceptores, termorreceptores e nociceptores

Os mecanorreceptores são receptores sensíveis a estímulos mecânicos e estão relacionados a sensações como pressão, tato, vibração, audição e equilíbrio. Os termorreceptores detectam alterações na temperatura. Já os nociceptores estão relacionados à resposta de dor, resultante de danos químicos ou físicos aos tecidos do corpo. Esses diferentes tipos de receptores são encontrados em órgãos como pele e orelhas.

As sensações táteis, como tato, pressão, vibração, prurido e cócegas, assim como as sensações térmicas e dolorosas, são percebidas por meio de diferentes receptores sensoriais existentes na pele e na tela subcutânea. O estímulo desses receptores leva à geração de impulsos nervosos que são transmitidos ao encéfalo, identificando a região do corpo de onde veio o estímulo e podendo gerar uma resposta a ele.

Os receptores sensoriais da pele são de diferentes tipos e estão associados a percepções distintas.

As orelhas apresentam tanto receptores sensoriais para ondas sonoras quanto para equilíbrio. Acompanhe a seguir como ocorre a percepção dos estímulos sonoros.

G.

H.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 295, 311, 312.

Sistema braile

Criado em 1825 pelo educador francês Louis Braille (1809-1852), o sistema braile é um método que possibilita às pessoas com deficiência visual, por exemplo, ler usando o sentido do tato. Esse sistema consiste em arranjos de seis pontos em relevo (duas colunas, três pontos cada), os quais possibilitam a formação de 63 símbolos diferentes, utilizados para escrever palavras.

Com as pontas dos dedos sobre pontos em relevo, a maioria dos leitores que domina esse sistema consegue ler, em média, 104 palavras por minuto. O sistema braile pode ser usado como uma importante ferramenta de comunicação e de acesso ao conhecimento, às culturas e às artes.

Livros didáticos elaborados no sistema braile são essenciais à inclusão e à garantia de direitos humanos. Isso porque possibilitam que estudantes com deficiência visual tenham acesso à educação, um dos direitos humanos previstos no artigo 26 da Declaração Universal dos Direitos Humanos.

a ) Que tipos de estímulos e receptores sensoriais estão associados ao sentido necessário para a leitura no sistema braile?

Resposta: Espera-se que os estudantes respondam que, no sistema braile, o estímulo tátil é a pressão das pontas dos dedos sobre os pontos em alto-relevo. Os responsáveis por responder a esse tipo de estímulo são os mecanorreceptores presentes na pele.

Fotorreceptores

Os fotorreceptores são capazes de perceber estímulos luminosos e estão localizados nos olhos. No ser humano, existem dois tipos de células receptoras: os cones e os bastonetes. Os cones relacionam-se com a visão de cores, e os bastonetes, com a visão em locais com baixa luminosidade.

Acompanhe a seguir como ocorre a percepção de estímulos luminosos.

A.

B.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 304, 305.

Nutrição humana

Ao longo da história evolutiva, a dieta rica em vegetais e pobre em carnes foi se modificando nos ancestrais mais próximos dos seres humanos modernos (Homo sapiens), os quais passaram a consumir mais produtos de origem animal.

De acordo com evidências científicas, as mudanças nos hábitos alimentares dos hominíneos podem ter sido decisivas para a evolução humana. Essas mudanças não ocorreram ao acaso, mas em razão de pressões ambientais, como as mudanças na paisagem africana, as quais podem ter limitado a disponibilidade de alimentos de origem vegetal. Além disso, a ampliação dos ambientes de savana favoreceu a abundância de mamíferos, como antílopes e gazelas, que poderiam servir de alimento para os ancestrais dos seres humanos.

Então, como essas mudanças na alimentação interferiram na evolução humana? Os alimentos de origem animal contêm mais calorias do que os de origem vegetal. Assim, estudos associam o aumento no consumo de carnes e, por consequência, de calorias, ao aumento no tamanho do encéfalo, pois o tecido nervoso consome muita energia. Desse modo, a inclusão de mais carne na dieta possibilitaria um aumento do encéfalo, antes limitado por uma dieta menos energética. Confira a seguir.

1,20%

1,36%

1,17%

1,56%

1,58%

1,46%

1,69%

1,98%

2,75%

Representação de encéfalos de diferentes hominíneos. Nessa imagem, as porcentagens indicam a proporção da massa corporal correspondente ao encéfalo.

Imagem elaborada com base em: ROBERTS, Alice. Evolution: the human history. New York: DK Publishing, 2011. p. 32.

Ao observar a imagem anterior, repare na diferença de proporção que o encéfalo de cada espécie tem em relação ao próprio corpo hominíneo.

O desenvolvimento de encéfalos maiores favoreceu, por exemplo, comportamentos mais complexos, como o de utilizar fogo. Essa habilidade interferiu na preparação de alimentos, tornando-os mais macios, facilitando a mastigação e aumentando a quantidade de nutrientes energéticos disponíveis em alguns tubérculos após o cozimento.

Independentemente da dieta, todos os animais precisam ingerir alimentos que forneçam energia e nutrientes necessários ao crescimento, à manutenção do organismo e à regulação de diversas funções no corpo.

A nutrição humana é um processo que envolve a obtenção, o processamento e o uso dos nutrientes e da energia provenientes dos alimentos, dependendo do trabalho conjunto de diferentes sistemas do corpo humano. Para que as células do corpo absorvam os nutrientes dos alimentos, é necessário que eles sejam quebrados em componentes menores durante o processo de digestão. Após a absorção das substâncias nutritivas e da água, aquilo que não pode ser utilizado pelo corpo é eliminado por meio das fezes.

Digestão e absorção de nutrientes

O sistema digestório é o responsável pela ingestão e digestão dos alimentos, pela absorção de água e nutrientes e pela formação e eliminação das fezes.

A digestão extracelular humana envolve processos mecânicos e químicos, que se iniciam na boca.

A digestão mecânica engloba a quebra dos alimentos pelos dentes, estruturas acessórias inseridas nos ossos da mandíbula e da maxila. Eles cortam, perfuram e amassam o alimento, misturando-o à saliva com o auxílio da língua, que também ajuda na deglutição.

A digestão química inicia-se por meio da ação das enzimas presentes na saliva, produzida e secretada na boca pelas glândulas salivares. A ação das enzimas sofre influência de diferentes fatores, como o pH (potencial hidrogeniônico). Por isso, ao longo do processo de digestão, são observadas variações de pH no interior das estruturas componentes do sistema digestório. A amilase salivar ou ptialina, por exemplo, presente na saliva, atua na quebra de moléculas de amido em pH neutro ou levemente básico.

Como resultado da ação dos dentes e da mistura com a saliva, o alimento adquire uma consistência pastosa e passa a ser denominado bolo alimentar. Ele é deglutido, ou seja, empurrado com o auxílio da língua para a faringe, estrutura que liga a boca ao esôfago.

O esôfago é um órgão muscular em forma de tubo constituído de músculos lisos, cujas contrações involuntárias, denominadas movimentos peristálticos, empurram o alimento até o estômago.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: TORTORA, Gerard J. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 4. ed. Porto Alegre: Artmed, 2000. p. 434. PAULSEN, Friedrich; WASCHKE, Jens. Sobotta: atlas de anatomia humana: órgãos internos. 23. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2012. v. 2. p. 86.

O estômago, por sua vez, é um saco muscular expandido cuja atividade peristáltica contribui para que eventuais partículas maiores ainda persistentes sejam quebradas mecanicamente, além de facilitar a mistura do suco gástrico ao bolo alimentar. O pH estomacal é ácido abre parênteses p H é aproximadamente igual a 2 fecha parênteses$\left(\text{pH}\simeq 2\right)$, sendo responsável por transformar o pepsinogênio em pepsina, a forma ativa da enzima presente no suco gástrico, e ativar a lipase lingual, produzida na forma inativa por glândulas presentes na língua. Além disso, o pH ácido inativa a amilase salivar. A pepsina atua na quebra das ligações químicas das proteínas, iniciando a digestão desse tipo de nutriente. Já a lipase lingual e a lipase gástrica iniciam a digestão dos lipídeos.

Professor, professora: Comente com os estudantes que o fígado exerce um importante papel na nutrição humana, pois metaboliza carboidratos, lipídeos e proteínas. Nesse sentido, ele atua, por exemplo, no armazenamento de tais nutrientes e na disponibilização deles às células. O fígado também auxilia na transformação das substâncias em energia utilizável pela célula.

As enzimas presentes no estômago atuam na digestão química do bolo alimentar e o transformam em um material de consistência mais líquida, denominado quimo, que segue para o intestino delgado.

As células do intestino delgado secretam o suco intestinal, composto de enzimas e muco. Esse suco tem pH levemente alcalino abre parênteses p H é aproximadamente igual a 7 vírgula 6 fecha parênteses$\left(\text{pH}\simeq \mathrm{7,6}\right)$ e neutraliza a acidez do quimo, protegendo a parede intestinal. Além disso, o intestino delgado recebe do pâncreas o suco pancreático, uma mistura que contém diversas enzimas, as quais atuam na digestão de amido (amilase pancreática), proteínas (tripsina, quimotripsina e carboxipeptidase), lipídeos (lipase pancreática) e ácidos nucleicos (ribonucleases e desoxirribonucleases). O pH do suco pancreático é levemente básico (entre 7,1 e 8,2), o que inativa a pepsina e ativa as enzimas intestinais citadas anteriormente.

O intestino delgado também recebe a bile, secreção produzida pelo fígado e armazenada na vesícula biliar. A bile atua na emulsificação^✚ de gorduras, facilitando, assim, a atuação de enzimas.

Além da digestão, o intestino delgado absorve cerca de 90% da água e dos nutrientes. A absorção envolve a passagem de pequenas moléculas pelas células epiteliais do intestino, passando para o interior de vasos sanguíneos e linfáticos. Ao entrar na circulação sanguínea, por exemplo, esses nutrientes são transportados e distribuídos a diferentes partes do corpo humano.

A elevada capacidade absortiva do intestino delgado está relacionada à presença de estruturas que aumentam a superfície intestinal.

A.

B.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 889.

Após passar pelo intestino delgado, os nutrientes que não foram absorvidos chegam ao intestino grosso. Nele, por ação de bactérias, ocorre a digestão final de alguns materiais, produção de algumas vitaminas, absorção de mais nutrientes e formação e expulsão das fezes.

Para serem absorvidos, os nutrientes precisam estar sob a forma de pequenas moléculas. Os carboidratos, por exemplo, são absorvidos como monossacarídeos. Já as proteínas são absorvidas como aminoácidos, dipeptídios ou tripeptídios. Dependendo do tamanho e das características da molécula, como de ser carregada eletricamente ou não, ela será absorvida por um tipo específico de transporte.

Professor, professora: Comente com os estudantes que os íons são exemplos de moléculas carregadas eletricamente.

Transporte e distribuição de nutrientes e de gases pelo corpo

Após serem absorvidos, principalmente no intestino delgado, a água e os nutrientes passam para os capilares sanguíneos, seguindo então para a circulação porta hepática.

O sangue presente na veia cava inferior é encaminhado ao coração. Acompanhe a seguir.

Imagens elaboradas com base em: TORTORA, Gerard J; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017. p. 414-415.

À medida que é transportado pela circulação sistêmica, alcançando as células dos diferentes tecidos, o sangue perde gás oxigênio e ganha gás carbônico abre parênteses C O subscrito 2 fecha parênteses$\left({\text{CO}}_2\right)$. Assim, ao retornar para o coração, esse sangue, agora rico em gás carbônico, é direcionado aos pulmões, via circulação pulmonar, para que haja as trocas gasosas.

As trocas gasosas entre células teciduais e capilares sanguíneos, bem como entre os capilares sanguíneos e as células pulmonares, ocorrem via difusão simples, uma vez que o gás carbônico e o gás oxigênio atravessam facilmente a membrana plasmática. Para que as trocas gasosas ocorram nos pulmões, é necessária a ventilação pulmonar, que compreende os movimentos respiratórios de inspiração e expiração.

Ao entrar nos pulmões, o ar atmosférico chega aos alvéolos pulmonares. Nessas estruturas ocorre a respiração externa ou troca gasosa pulmonar. Acompanhe a seguir.

Imagens elaboradas com base em: PARKER, Steve. O livro do corpo humano. Barueri: Ciranda Cultural, 2007. p. 130, 134.

O sangue rico em gás oxigênio, proveniente dos pulmões, retorna ao coração, que o bombeia para as células dos diferentes tecidos do corpo. Nas células teciduais também ocorrem trocas dos gases oxigênio e carbônico, na denominada respiração interna ou troca gasosa sistêmica. Nesse tipo de respiração, o gás oxigênio presente no sangue difunde-se para as células teciduais, assim como o gás carbônico passa delas para o sangue. Enquanto o gás oxigênio é utilizado pelas células, o gás carbônico é encaminhado com o sangue até os pulmões.

O transporte dos gases no sangue ocorre de maneiras distintas. O gás oxigênio é pouco solúvel em água, por isso é transportado no sangue, sobretudo, ligado às hemácias, mais especificamente, associado ao pigmento hemoglobina. Já o gás carbônico, por ser cerca de 24 vezes mais solúvel em água do que o O subscrito 2${\text{O}}_2$, é transportado, principalmente, pelo plasma.

O C O subscrito 2${\text{CO}}_2$ pode ser transportado de três maneiras: combinado com a hemoglobina abre parênteses H b menos C O subscrito 2 fecha parênteses$(\text{Hb}-{\text{CO}}_2)$, dissolvido no plasma e sob a forma de íon bicarbonato abre parênteses H C O subscrito 3 sobrescrito menos fecha parênteses$\left({{\text{HCO}}_3}^{-}\right)$. Já o O subscrito 2${\text{O}}_2$ é transportado de duas maneiras: dissolvido no plasma e, principalmente, associado à hemoglobina abre parênteses H b menos O subscrito 2 fecha parênteses$(\text{Hb}-{\text{O}}_2)$.

Imagem elaborada com base em: TORTORA, Gerard J.; DERRICKSON, Bryan. Corpo humano: fundamentos de anatomia e fisiologia. 10. ed. Porto Alegre: Artmed, 2017 p. 464.

Professor, professora: Ao abordar os modos de transporte do C O subscrito 2${\text{CO}}_2$, comente com os estudantes que os íons bicarbonato participam da manutenção do pH do sangue. Uma maior concentração desses íons resulta em um pH mais ácido e uma menor concentração, em um pH mais básico.

Transformações de energia

Leia o trecho de reportagem a seguir.

BRASIL. Ministério da Saúde. Dia de conscientização sobre a doença falciforme: diagnóstico e tratamento podem ser feitos pelo SUS. Gov.br, 19 jun. 2024. Disponível em: https://s.livro.pro/jv0np5. Acesso em: 17 set. 2024.

Professor, professora: O indivíduo que carreia o alelo da anemia falciforme é imune a malária e não desenvolve a doença. Assim, existe uma pressão seletiva para o aumento da frequência desse alelo em regiões com alta incidência de malária, como o continente africano. Por isso, a maior incidência da anemia falciforme em pessoas negras. Trata-se de um exemplo de como um alelo que causa uma doença pode aumentar de frequência por seleção natural.

A forma mais grave da doença falciforme é conhecida como anemia falciforme. Pessoas com esse tipo de anemia podem apresentar falta de ar, frequência cardíaca acelerada, dor abdominal, febre e cansaço. Nessas pessoas, as hemoglobinas são anormais, por isso suas hemácias podem ter formato semelhante a uma foice, rompendo-se facilmente e dificultando a chegada do gás oxigênio até as células.

Professor, professora: Se considerar pertinente, leve para a sala de aula imagem de hemácia com formato semelhante a foice, que se observa em indivíduos acometidos por anemia falciforme, e a apresente aos estudantes.

Além da entrada de gás oxigênio e da saída de gás carbônico, as células teciduais recebem nutrientes presentes no sangue e provenientes da digestão dos alimentos. Esses nutrientes adentram as células por meio de diferentes tipos de transporte, como estudamos anteriormente.

A energia contida nas ligações químicas das moléculas de nutrientes não pode ser diretamente utilizada pelas células. Por isso, é necessário que tal energia seja transformada em moléculas energéticas específicas por meio da respiração celular. Confira o exemplo a seguir.

Imagens elaboradas com base em: PARKER, Steve. O livro do corpo humano. Barueri: Ciranda Cultural, 2007. p. 130, 134. 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. 600.

Reprodução humana

Leia a manchete a seguir.

Disponível em: https://s.livro.pro/qs6ziy. Acesso em: 4 set. 2024.

De acordo com a Lei nº 9.263, de 12 de janeiro de 1996, o planejamento familiar é um direito de todo cidadão e pode ser entendido como um conjunto de ações que auxiliam o controle da fecundidade, garantindo igualdade para homem, mulher e casal no que diz respeito ao direito de ter ou não filhos na quantidade e no momento que considerarem adequados.

Entre as diversas ações previstas está o acesso a métodos contraceptivos, bem como a técnicas de concepção, pré-natal e controle de infecções sexualmente transmissíveis (IST). O planejamento familiar é, assim, uma importante ferramenta para garantir o direito de escolha de cada cidadão.

Como você pôde perceber, o planejamento familiar tem como um dos pilares a reprodução humana, promovendo-a ou evitando-a. A reprodução é uma das etapas do ciclo de vida dos seres vivos e é responsável pela manutenção das espécies. Dos seres unicelulares aos multicelulares, a reprodução envolve diferentes processos que possibilitam a geração de indivíduos e a transmissão da informação genética ao longo das gerações.

A seguir, vamos conhecer mais sobre a reprodução humana e o desenvolvimento do novo ser humano.

Fecundação

O ser humano se reproduz sexuadamente, ou seja, por meio da união dos gametas masculino (espermatozoide) e feminino (ovócito), na chamada fecundação ou fertilização. Esse evento se inicia com o contato entre o ovócito secundário maduro e o espermatozoide e finaliza quando ocorre a fusão dos núcleos desses gametas, envolvendo uma série de eventos celulares. Acompanhe a seguir.

Para que a fertilização ocorra, o espermatozoide precisa liberar uma série de enzimas para penetrar duas camadas do ovócito: uma camada de células mais externa, a corona radiata, e uma camada interna a ela, chamada zona pelúcida.

Assim que o espermatozoide penetra a zona pelúcida, essa camada sofre mudanças e bloqueia a entrada de outros espermatozoides. A entrada do espermatozoide estimula o ovócito secundário a finalizar sua segunda divisão meiótica, originando o óvulo.

As membranas do óvulo e do espermatozoide se desintegram e os núcleos haploides se fundem, formando um óvulo fertilizado, também chamado zigoto ou célula-ovo.

Imagem sem proporção e em cores fantasia.

Imagem elaborada com base em: MOORE, Keith L.; PERSAUD, T. V. N.; TORCHIA, Mark G. Embriologia básica. 9. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2016. p. 11, 22.

Com a formação do zigoto, reestabelece-se a quantidade de cromossomos da espécie e ocorre a determinação do sexo biológico. Assim, inicia-se o desenvolvimento do zigoto em embrião.

Desenvolvimento embrionário

Confira as imagens a seguir e responda à questão.

Professor, professora: Se considerar pertinente, ao abordar a imagem A, comente com os estudantes que o ovócito fertilizado apresenta dois núcleos, identificáveis na imagem, sendo um do ovócito e outro do espermatozoide. Após a união desses núcleos, forma-se o zigoto, com 46 cromossomos.

A.

B.

Um dos aspectos mais fascinantes do estudo do desenvolvimento embrionário é desvendar os mecanismos que determinam a forma do corpo, seu padrão e a diferenciação. Em outras palavras, como uma célula é programada sobre como e onde deve crescer? Como as células originadas do zigoto se diferenciarão em células dos sistemas digestório e respiratório, por exemplo?

Após a fertilização, o zigoto passa por sucessivas divisões mitóticas que resultarão em um rápido aumento da quantidade de células. Essas divisões celulares recebem o nome de segmentação ou clivagem.

Clivagem

Com o início da segmentação, sulcos verticais são formados no zigoto, resultado das primeiras divisões mitóticas. Após a formação dos oito blastômeros resultantes das primeiras segmentações, as células se compactam, o que permite mais interação entre elas. Assim, as segmentações continuam até a formação de um embrião com 16 blastômeros denominado mórula (do latim morula – o fruto da amoreira – em virtude da semelhança com uma amora).

As células constituintes da mórula continuam a se dividir e passa a ocorrer o acúmulo de líquido no centro dessa estrutura. Os rearranjos originam uma conformação chamada blástula, cuja cavidade central é preenchida por líquido e chamada blastocele.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 655.

Gastrulação

Após a formação da blástula, uma série de movimentos e arranjos celulares origina a gástrula, ou seja, o próximo estágio do desenvolvimento embrionário. Esse processo, chamado gastrulação, forma as camadas germinativas ou folhetos embrionários. Cada uma delas originará diferentes tecidos e órgãos do corpo do animal. Na maioria dos animais, incluindo os vertebrados, ocorre a formação de três camadas: endoderme, mesoderme e ectoderme. Por isso, esses animais são chamados triblásticos. Confira a seguir.

Professor, professora: Se considerar pertinente, ao citar os animais triblásticos, comente que em outros animais, como os cnidários (anêmona-do-mar e água-viva), são formadas somente duas camadas germinativas: a ectoderme e a endoderme. Esses animais são chamados diblásticos.

Professor, professora: Nas imagens referentes à gastrulação e à organogênese, os folhetos embrionários foram representados com cores distintas para facilitar a compreensão desses processos.

A.

B.

Imagens elaboradas com base em: CAMPBELL, Neil A. et al. Biology. 8. ed. San Francisco: Pearson Benjamin Cummings, 2009. p. 655, 661.

Organogênese

Após a gastrulação, ocorre a organogênese, fase em que se inicia a formação coordenada e simultânea de diversos órgãos e sistemas do corpo dos animais. A primeira etapa da organogênese é conhecida como neurulação. Nela, ocorre a formação do tubo neural e da notocorda. Acompanhe a seguir a neurulação do anfioxo.

C.

D.

E.

Imagens elaboradas com base em: GARCIA, Sonia M. Lauer de; FERNÁNDEZ, Casimiro G. Embriologia. 2. ed. Porto Alegre: Artmed, 2001. p. 209.

As células das camadas germinativas formadas durante a gastrulação se diferenciam para formar os diferentes órgãos do corpo animal. Confira a tabela a seguir.

Fonte de pesquisa: PURVES, Willian K. et al. Vida: a ciência da biologia. 6. ed. Porto Alegre: Artmed, 2002. p. 759.

Gravidez e nascimento

A gravidez se caracteriza por uma sequência de eventos, que abrangem desde a fertilização até o nascimento, e dura, em média, de 38 a 40 semanas. Ela é dividida em três fases: período pré-embrionário, período embrionário e período fetal. Acompanhe a seguir.

Nas duas primeiras semanas, ocorrem a fertilização (A), a formação do zigoto (B), a clivagem (C e D), a formação da mórula (E) e do blastocisto (F) e a nidação (G), ou seja, a fixação do embrião na parede do útero.

Na 3ª semana, inicia-se a gastrulação, seguida da neurulação e da formação da notocorda. Ao final da 3ª semana, o embrião tem entre 1 vírgula 5 milímetro$\mathrm{1,5}\text{ mm}$ e 3 milímetros$3\text{ mm}$ de comprimento. Nessa fase, o saco vitelino, responsável por fornecer material nutritivo ao embrião no início de seu desenvolvimento, é proeminente.

No início desse período, surgem brotos dos membros superiores e inferiores e ocorre o início do desenvolvimento do coração, dos olhos e das orelhas. Ao final da 4ª semana, o coração já bombeia sangue e o embrião tem entre 4 milímetros$4\text{ mm}$ e 6 milímetros$6\text{ mm}$ de comprimento.

Imagens elaboradas com base em: MOORE, Keith L.; PERSAUD, T. V. N.; Torchia, Mark G. Embriologia básica. 9. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2016. p. 26, 46, 56.

Não é possível diferenciar a genitália até o final da 9ª semana e a cabeça tem metade do tamanho do corpo. Na 10ª semana, as alças do intestino estão próximas ao cordão umbilical e, na 11ª semana, regridem para a cavidade abdominal. Na 12ª semana, inicia-se o processo de ossificação, principalmente no crânio e nos ossos longos (fêmur e úmero). A formação da urina se inicia entre a 9ª e a 12ª semana. Ao final da 12ª semana, o feto tem aproximadamente 8 vírgula 7 centímetros$\mathrm{8,7}\text{ cm}$ de comprimento.

Da 12ª à 16ª semana, o crescimento do corpo é acelerado. Os movimentos dos membros, iniciados na 14ª semana, somente são visíveis pelo exame de ultrassom. Nesse período, a genitália já é bem visível para identificação e inicia-se o movimento dos olhos. Da 17ª à 20ª semana, a mãe pode começar a perceber os movimentos fetais. Na 20ª semana, o feto está coberto por uma camada de gordura que ajuda a proteger a pele sensível contra constantes fricções. As unhas, as sobrancelhas e o cabelo estão presentes ao final da 24ª semana. Nessa fase, o feto tem aproximadamente 23 centímetros$23\text{ cm}$ de comprimento.

Na 26ª semana, os olhos estão abertos e, até a 29ª semana, os pulmões do feto adquirem capacidade de realizar trocas gasosas. Mas, caso o feto nasça nesse período, são necessários cuidados intensivos. Entre a 35ª e a 38ª semana, a taxa de crescimento do feto é reduzida conforme se aproxima o momento do parto. Com 38 semanas, o feto atinge em média 50 centímetros$50\text{ cm}$ e tem massa de aproximadamente 3 vírgula 4 quilogramas$\mathrm{3,4}\text{ kg}$.

Imagens elaboradas com base em: MOORE, Keith L.; PERSAUD, T. V. N.; Torchia, Mark G. Embriologia básica. 9. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2016. p. 61, 73, 80.