Biologia - Sônia Lopes & Sergio Rosso - VOL 1

Manual do Professor

27501COL20

COMPONENTE CURRICULAR BIOLOGIA

1o ANO ENSINO MÉDIO

Manual do Professor

27501COL20





SÔNIA LOPES Licenciada em Ciências Biológicas e Doutora em Ciências C iências pela Universidade de São Paulo Professora Doutora do Departamento de Zoologia Zoologi a do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo

SERGIO ROSSO Licenciado em Ciências Biológicas e Doutor em Ciências pela Universidade de São Paulo Professor Doutor do Departamento de Ecologia do Instituto de Biociênci Biociências as da Universidade de São Paulo 2ª- edição São Paulo – 2013

MANUAL DO PROFESSOR

BIO, volume 1 © Sônia Lopes, Sergio Rosso, 2013 Direitos desta edição: Saraiva S.A. – Livreiros Editores, São Paulo, 2013 Todos os direitos reservados

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

Lopes, Sônia Bio : volume 1 / Sônia Lopes, Sergio Rosso. -2. ed. -- S ão Paulo : Sarai va, 2013. 2013. Suplementad o pelo manual do professor ISBN 978-85- 02-1 02-191 9181 81-5 -5 (aluno) ISBN 978-85- 02-1 02-191 9182-2 82-2 (professor) 1. Biologia (Ensino médio) I. Rosso, Sergio. II. Título. 13- 03469

CDD – 574.07

Índices para catálogo sistemático: 1. Biologia : Ensino médio

574.07

M. Esther Nejm Editor Maíra Rosa Carnevalle Editores-assistentes João Paulo Bo rtoluci e Paula Signori ni Coordenador de revisão Camila Christi Gazzani Revisores Jaime Rodrigues Leal, Rita de Cássia Cássia Sam, Tássia Carvalho Gerente editorial

Rachel Lopes Corradini Coordenador de iconografia Cristina Akisino Pesquisa iconográfica Érica Brambila Licenciamento de textos Marcia Alessandra Alessandra Tr Trindade, indade, Roberto Silva Gerente de artes Ricardo Borges Coordenador de artes Vagner Castro dos Santos Produtor de artes Narjara Lara Foto da capa Coruja-buraqueira – Zig Koch/Natureza Brasileira Diagramação Rodrigo Bastos Marchini Ilustrações Alber to de Stefano, A lex Argozin o, Alex Si lva, BIS , Conceitograf, Estúdio Ampla Arena, Jurandir Ribeiro, Leonardo Teixeira, Luis Moura, Mario Yoshida (mapas), Osni de Oliveira, Paulo César Pereira, Rodval Matias Rickardo, Sandro Castelli, SIC, Studio Caparroz, Walter Caldeira, Wilson Jorge Filho, Ligia Duque Assistentes de ar tes Daniela Máximo, Regiane Santana Assistentes de pr odução de artes Jacqueline Or tolan, Paula Re gina Costa de Ol iveira Tratamento de imagens Emerson de Lima Assistente de produção editorial editorial

Impressão e acabamento Impresso no Brasil – 2013 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

O material de publicidade e propaganda reproduzido nesta obra está sendo utilizado apenas para fins didáticos, não representando qualquer tipo de recomendação de produtos ou empresas por parte do(s) autor(es) e da editora. Nos livros desta coleção são sugeridos vários experimentos. Foram selecionados experimentos seguros, que não oferecem risco aos alunos. Ainda assim, recomendamos que professores, pais ou responsáveis acompanhem sua realização atentamente.

www.editorasaraiva.com.br

Rua Henrique Schaumann, 270 – Cerqueira César – São Paulo/SP – 05413-909 Fone: (11) 3613 3000 – Fax: (11) 3611 3308 Televendas: Telev endas: (11) 3616 3666 – Fax Vendas (11) 3611 3268 Atendimento ao professor: professor: (11) 3613 3030 – Grande São Paulo 0800 0117875 – Demais localidades [email protected]

Apresentação

Conversando com você, estudante É um prazer para nós saber que está usando este livro. Ele foi escrito com muita dedicação e cuidado, visando oferecer a você um bom material de estudo. es tudo. Nossa proposta é aproximar o universo biológico das questões cotidianas, abrindo espaços para a reflexão e o desenvolvimento do espírito crítico cr ítico e de valores voltados para a cidada c idadania. nia. Procuramos apresentar a Biologia de maneira integrada, relacionando várias subáreas entre si e também com outras áreas do saber saber.. Para que possa aproveitar melhor esta coleção, recomendamos que, primeiro, conheça a estrutura do livro, descrita nas páginas seguintes. Mesmo sendo um livro bem completo, ele não substitui seus professores. São eles que estarão sempre ao seu lado, pessoalmente, contribuindo ainda mais para sua formação. Aproveite essa oportunidade e estude muito. Seu futuro agradecerá! Esperamos que você, ao estudar Biologia, aprenda a amar e a respeitar cada vez mais a vida. v ida. Com carinho, Os autores

Conheça seu livro

Aberturas de unidade

Cada unidade aborda um grande tema da Biologia e inicia-se com página dupla, com destaque para uma fotografia e sua legenda. Uma frase instigante faz pensar sobre o que será estudado, e um texto explora alguns dos inúmeros pontos de relevância do estudo.

Nossa intenção é motivar você você para o estudo dos capítulos que compõem a unidade.

Abertura de capítulo

Conteúdo do capítulo

Colocando em foco

Despertando ideias

Cada capítulo inicia-se com uma página de abertura que tem dois objetivos principais: despertar seu interesse pelo assunto e abrir espaço para que você diga o que já conhece a respeito do do que será discutido.

O capítulo foi escrito pensando em aproximar você dos conceitos básicos da Biologia, relacionando-os sempre que possível a outras áreas do saber.

Destaca aspectos da Biologia ligados ao cotidiano, saúde, cidadania, interdisciplinaridade, ética e sociedade, além de curiosidades científicas. Nosso objetivo é aproximar ainda mais o conteúdo de você.

Antes de um tema ser abordado no capítulo, esse quadro visa levantar questionamentos e abrir espaço para discussões sobre assuntos que serão tratados a seguir.

Analise com cuidado a fotografia em destaque, bem como o pequeno texto sobre ela, e responda as questões da seção Pense Nisso.

A linguagem é clara e objetiva, enriquecida com imagens que complementam e ilustram as explicações.

Você vai encontrar propostas de experimentos e outras atividades práticas, além de questões desafiadoras.

Recursos digitais

Os símbolos a seguir estão distribuídos ao longo deste livro. Eles indicam os recursos que você poderá acessar na versão digital da obra.

Interativo

Mapa

Slideshow

Tema para discussão

Retomando

Nesta seção, há textos que ampliam a visão sobre o assunto do capítulo. As questões orientam a troca de ideias, o debate, a produção e a divulgação dos saberes, valorizando a cidadania.

Momento de retomar a conversa iniciada na abertura do capítulo. Verifique como os novos conhecimentos que você adquiriu relacionam-se com as respostas dadas no começo do estudo. Essa reflexão é fundamental para sua aprendizagem. Pare, reflita, pondere, reveja seus conhecimentos e estruture o que aprendeu.

Vídeo

Ampliando e integrando conhecimentos

Atividades diversificadas e pautadas no desenvolvimento de competências e habilidades, como as exigidas pelo Enem. Aqui há muitas propostas de trabalho em grupo.

PDF

Hiperlink

Ampliar

Testes

Testes do Enem e de alguns vestibulares do país, selecionados para que você tenha uma amostra de como os conceitos discutidos no capítulo têm sido cobrados nos principais exames de ingresso no Ensino Superior.

Indagação Científica Nessa seção, elaboramos duas atividades para que você entre em contato com os procedimentos científicos de forma mais intensa. Você vai atuar como um pesquisador, produzindo conhecimento. As respostas não são previamente conhecidas por ninguém. Você vai elaborar hipóteses, planejar procedimentos para testá-las, obter resultados e refletir sobre eles. Nessa reflexão, novas perguntas podem surgir, gerando uma nova indagação científica.

Livro não consumível

Sugestões de consulta Gabarito Aqui trazemos as respostas dos testes para você conferir e estudar com mais autonomia.

Selecionamos algumas fontes de referência visando oferecer a você mais opções para se aprofundar nos estudos.

Sumário Unidade 1

O mundo em que vivemos

Capítulo 1 • Introduçã Introdução o à Biologia

Capítulo 3 • Ecossistemas terrestres

e aquáticos

Pense nisso .................................................................................. nisso .................................................................................. 14 1.

Biologia: ciência da vida ................................................

15

Pense nisso ................................................................................. 54

Colocando em foco: a ISO, o verde e você .......................... 16

1.

A Biologia como ciência .................................................

16

Despertando ideias: E agora? Será que quebrou? ..........

17

3.

Biologia e outros saberes ..............................................

19

4.

Os níveis hierárquicos de organização biológica ...

20

5.

Características dos seres vivos ..................................... 21

2.

Evolução, o princípio unificador da Biologia ..........

23

Despertando ideias: Jogo presa-predador pr esa-predador ....................... 24

2.

Colocando em foco: seleção natural e resistência bactérias a antibióticos? .......... .......... de bactérias de

27

Tema para discussão: Afinal, o que é vida? .....................

27

Retomando ................................................................................

29

Ampliando e integrando conhecimentos ........................ conhecimentos ........................ 30

Testes ........................................................................................... Testes ...........................................................................................

32

3.

Capítulo 2 • Introduçã Introdução o à Ecologia

1. 2. 3.

Ecologia .............................................................................. 35 A hipótese hipótese Gaia ................................................................ 35 A atmosfera e o efeito estufa ...................................... 36

Despertando ideias: Efeito ideias: Efeito estufa e aquecimento ....... 4.

34

Ecossistemas aquáticos ................................................ 64 3.1.

Os oceanos ............................................................ 65

Colocando em foco: as foco: as fontes termais submarinas ..... 66

Pense nisso ................................................................................

Os grandes ecossistemas terrestres ............................55 Tundra .................................................................... 56 1.2. Floresta boreal ..................................................... 56 1.3. Floresta temperada sazonal ............................ 56 1.4. Floresta temperada pluvial ............................. 57 1.5. Floresta tropical pluvial .................................... 57 1.6. Savanas .................................................................. 58 1.7. Chaparral ............................................................... 58 1.8. Campos temperados .......................................... 59 1.9. Desertos ................................................................. 59 Biomas do Brasil .............................................................. 60 2.1. Amazônia ............................................................. 60 2.2. Mata atlântica ....................................................... 61 2.3. Caatinga ................................................................ 62 2.4. Cerrado ................................................................... 62 2.5. Campo sulino ....................................................... 63 2.6. Pantanal ................................................................. 63 2.7. Manguezal: um ecossistema especial .......... 64 1.1.

Despertando ideias: Vida em Marte? ................................. 21 6.

Lagos e rios ............................................................ 67 Tema para discussão: O discussão: O fogo: inimigo ou amigo? ......... 68 3.2.

Retomando ................................................................................ 69 Ampliando e integrando conhecimentos ......................... 70 Testes ........................................................................................... 76

37

Os grandes padrões climáticos ................................... 39

Despertando ideias: Será ideias: Será que os raios solares atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade? intensidade? ...... ............ ............ .......... 40

Capítulo 4 • Estrutura dos

ecossistemas, fluxo de energia e ciclo da matéria

Colocando em foco: o foco: o perigo da destr uição da camada de ozônio ............................ 43 5.

O efeito da altitude no clima ...................................... 43

6.

O efeito dos oceanos oceanos no clima clima .................................... 44

Colocando em foco: El Niño e La Niña e sua ação no clima .................................... 44 Tema para discussão: Ecologia discussão: Ecologia Urbana ............................

46

Retomando ................................................................................

47

Ampliando e integrando conhecimentos ........................

47

Testes ..........................................................................................

52

Pense nisso ................................................................................ 1. 2.

78

Hábitat e nicho ecológico ............................................. 79 Os componentes estruturais de um ecossistema ...................................................................... 79

Despertando ideias: Ciclo ideias: Ciclo de matéria e fluxo de em um ecossistema ........ 80 energia em energia 3.

Cadeia e teia alimentar ................................................. 80

4. 5.

6. 7.

Os níveis tróficos ............................................................. 83 Pirâmides ecológicas ..................................................... 84 5.1. Pirâmide de números ........................................ 84 5.2. Pirâmide de biomassa ....................................... 84 5.3. Pirâmide de energia ........................................... 85 Modelo do fluxo energético ........................................ 86 Os ciclos biogeoquímicos ............................................. 87 7.1. Ciclo da água ........................................................ 87

7.2.

7.3.

7.4.

117

Ampliando e integrando conhecimentos .......................

118

Testes .........................................................................................

121

Pense nisso ............................................................................... nisso ...............................................................................

91

Ciclo do nitrogênio ............................................. 92

Colocando em foco: adubação foco: adubação verde e adubação química ............................................... 93

Retomando ...............................................................................

equilíbrio ambiental

Ciclo do carbono ................................................. 90 Ciclo do oxigênio ................................................. 91

Colocando em foco: proteção foco: proteção da camada camada de ozônio ...

117

Capítulo 6 • A quebra do

Despertando ideias: Medindo ideias: Medindo a umidade relativa do ar .................................................... 88

Tema para discussão: Um exemplo real de desequilíbrio ecológico ecológico ...... ............ ........

1.

Introdução ........................................................................ 125

2.

Alterações bióticas nos ecossistemas ....................... 125

2.1.

2.2.

Tema para discussão: A discussão: A crise mundial da água ............. 94

124

Introdução de espécies ..................................... 125 Extinção de espécies .......................................... 125

Retomando ................................................................................. 95

Colocando em foco: peixe-boi foco: peixe-boi – mamífero aquático ameaçado de extinção ................... 126

Ampliando e integrando conhecimentos ......................... 95

3.

Testes ...........................................................................................98

Capítulo 5 • Comunidades e

populações

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

3.5.

2.

Características est ruturais de uma comunidade ..................................................... 101 A dinâmica das com unidades: sucessão ecológica ........................................................................... 101 103

Interações entre populações de uma comunidade ...................................................................

105

3.1.

3.2. 4.

Interações intraespecífica intraespecíficass ............................ 105 Interações interespecíficas ............................ 108

Ecologia das populações .............................................. 4.1.

112

Principais características de uma uma população população ............................................. 112

Colocando em foco: já foco: já passamos do limite? .................. 114

4.2.

Fatores reguladores do tamanho da população .............................................................

Unidade 2

115

3.6.

3.7.

3.8.

Poluição por derramamento de petróleo ....132 Poluição por eutroficação ................................133 O lixo .......................................................................133

4.

Pegada ecológica ........................................................... 136

5.

Desenvolvimento sustentável .................................... 137

Colocando em foco: reservas foco: reservas ex trativistas, uma experiência exclusivamente brasileira em desenvolvimento ........................................ 139 sustentável ........................................ sustentável Tema para discussão: Código discussão: Código Florestal F lorestal ............................ 139 Retomando ................................................................................ 141 Ampliando e integrando conhecimentos .......................

141

Testes ......................................................................................... 145

Origem da vida v ida e Biologia celular

Capítulo 7 • Das origens aos dias

de hoje Pense nisso ..............................................................................

150

Despertando ideias: ideias: “Bicho “Bicho da goiaba, goiaba, goiaba goiaba é!” ......

151

Colocando em foco: foco: qual qual a relação entre Pasteur e os alimentos alimentos pasteurizado pasteurizados? s? .....

154

3.

Hipóteses sobre a origem da vida ............................ 155 3.1.

1.

lntrodução .......................................................................

151

2.

A origem dos seres vivos .............................................

151

Biogênese versus abiogênese .........................

151

2.1.

Colocando em foco: biorremediação ................................ 135

Colocando em foco: floresta foco: floresta amazônica – uma comunidade clímax ...... ............ ............ .......... .... 3.

Poluição sonora ....................................................127 Poluição térmica ..................................................127 Poluição do ar ....................................................... 128 Poluição por elementos radiativos ............... 130 Poluição por substâncias não biodegradáveis ................................................... 130

Colocando em foco: controle foco: controle de pragas por feromônios ........................................132

Pense nisso .............................................................................. 100 1.

Alterações abióticas ........................................................ 127

3.2.

Origem por criação divina (criacionismo) ..... 155 Origem extraterrestre (panspermia) .......... 155

Colocando em foco: será que estamos sozinhos no Universo? ....................................

156

3.3.

3.4. 4.

Origem por evolução química: a hipótese de Oparin Oparin e Haldane ........................................ 156 Outras hipóteses ................................................ 158

A evolução do metabolismo metabolismo energético ...... ............ .......... .... 4.1. 4.2.

159

Hipótese heterotrófica .................................... 159 Hipótese autotrófica ........................................ 160

5.

Os primeiros seres vivos .............................................. 161

6.

O surgimento das células mais complexas: as eucariót eucarióticas icas ...............................................................

163

Despertando ideias: Por ideias: Por que tantas membranas internas? .........................................

163

7.

O surgimento dos seres multicelulares eucariontes ...................................................................... 165

8.

A dinâmica da Terra e da vida ao longo do tempo ............................................................................... 166

Colocando em foco: nutrição foco: nutrição proteica e desnutrição desnutriç ão ..................................... 9.

197

Os ácidos nucleicos ...................................................... 198

Tema para discussão: Contando discussão: Contando calorias ...................... 199 Retomando ..............................................................................

201

Ampliando e integrando conhecimentos ....... ............. ............ ......... ...

201

Testes .......................................................................................

204

Capítulo 9 • Citologia e

envoltórios celulares Pense nisso ..............................................................................

206

1.

Introdução ...................................................................... 207

Colocando em foco: uma foco: uma injustiça histórica ................. 167

2.

Um pouco de história .................................................. 207

Colocando em foco: o foco: o que aconteceu na era do gelo? ....................................................

3.

Atuais microscópios de luz .......................................

208

4.

Células observadas observadas ao microscópio de luz ...... .......... ....

209

Tema para discussão: Por discussão: Por que os dinossauros foram extintos? ........................................ 173

Colocando em foco: preparação foco: preparação de células para observação ao microscópio de luz ................................................

209

Retomando ............................................................................... 174

5.

Microscópios eletrônicos .............................................


175

6.

Poder de aumento e de resolução ............................ 212

Testes ......................................................................................... 178

7.

Medidas usadas no estudo das células .................. 213

8.

A teoria celular ...............................................................

213

9.

Como vamos estudar as células ...............................

214

10.

Os envoltórios celulares ..............................................

214

Membrana plasmática ....................................

214

9.

171

Extinção em massa ....................................................... 172

Capítulo 8 • A química da vida

10.1.

Pense nisso ..............................................................................

179

1.

Introdução ...................................................................... 180

2.

A água .............................................................................. 180

Colocando em foco: membranas foco: membranas e bolhas de sabão .................................................. 215 10.2.

Despertando ideias: Capilaridade ideias: Capilaridade .................................... 181 3.

Sais minerais ..................................................................

183

4.

Vitaminas ........................................................................

184

5.

Carboidratos ................................................................... 186 5.1. 5.2. 5.3.

Monossacarídeos .............................................. 186 Dissacarídeos ..................................................... 186 Polissacarídeos .................................................. 186

Despertando ideias: Detecção ideias: Detecção de amido nos alimentos ......................................... 187 5.4. 6.

Carboidratos na alimentação humana humana ....... 187

Lipídios ............................................................................. 6.1. 6.2.

188

Carotenoides ...................................................... 188 Triglicerídeos ...................................................... 188

Colocando em foco: margarinas, foco: margarinas, gordura vegetal hidrogenada e gordura trans ...... 189 6.3. 6.4. 6.5.

Fosfolipídios ........................................................ 189 Cerídeos ............................................................... 190 Esteroides ............................................................ 190

Colocando em foco: esteroides anabolizantes anabolizantes ............

192

Proteínas .........................................................................

192

7.

7.1. 7.2. 7.3. 8.

Aminoácidos ....................................................... 192 Ligação peptídica .............................................. 193 Estrutura da proteína ...................................... 194

Enzimas ............................................................................ 8.1.

195

Fatores que influenciam a atividade enzimática .......................................................... 196

211

Envoltórios externos à membrana plasmática .................................... 216

Processos de troca entre a célula e o meio exter no ..............................................................

218

12.

Concentração de uma solução ..................... ............

218

13.

Difusão ............................................................................

219

14.

Osmose ............................................................................ 220

11.

Despertando ideias: Realizando ideias: Realizando experimento ............ 220 Despertando ideias: Interpretando ideias: Interpretando experimentos .... 222 Colocando em foco: por foco: por que saladas não devem ser temperadas muito antes de serem consumidas? ................. 224 15.

Difusão facilitada ......................................................... 224

Colocando em foco: exemplo foco: exemplo da importância clínica do transporte através de membrana .................................. 225 16.

Bomba de sódio e potássio – um processo ativo ....................................... ................. 226

17.

Endocitose e exocitose ................................................ 227

Colocando em foco: combate foco: combate a infecções e “limpeza” de nosso corpo ........... 229 Tema para discussão: Pelos discussão: Pelos caminhos das descobertas científicas ....... ............ ..... 229 Retomando ..............................................................................

232

Ampliando e integrando conhecimentos ......................

232

Testes ........................................................................................ 234

Capítulo 10 • O citoplasma

5.

5.1. 5.2.

Pense nisso .............................................................................. 236 1.

Comparando células procarióticas com eucarióticas eucariót icas ....................................................................

Despertando ideias: Construindo ideias: Construindo modelos de estrutura estr utura celular ..........................

Respiração ....................................................................... 274

237

Colocando em foco: ciclo foco: ciclo de Krebs, a grande encruzilhada metabólica da célula ........................................... 5.3.

240

2.

Citoesqueleto .................................................................. 241

3.

Centríolos, cílios e flagelos ........................................ 242

4.

Ribossomos ..................................................................... 243

5.

Peroxissomos ................................................................. 245

Glicólise ................................................................ 275 Formação de acetil-CoA e ciclo de Krebs .... 276

6.

277

Cadeia respiratória ........................................... 278

Fermentação .................................................................. 279 6.1. 6.2.

Fermentação lática ........................................... 279 Fermentação alcoólica ................................... 280

Tema para discussão: Como discussão: Como adquirir um bom condicionamento físico ............

281

Colocando em foco: peroxissomos foco: peroxissomos e doenças .............. 245

Retomando .............................................................................. Retomando .............................................................................. 282

Retículo endoplasmático ........................................... 245

Ampliando e integrando conhecimentos ...................... conhecimentos ...................... 282

6.

Colocando em foco: o foco: o retículo endoplasmático e a tolerância ao álcool ...............

Testes ....................................................................................... 246

7.

Complexo golgiense ..................................................... 247

8.

Lisossomos ..................................................................... 8.1. 8.2.

248

Capítulo 12 • Núcleo, divisões

Função heterofágica ....................................... 248 Função autofágica ........................................... 249

Colocando em foco: lisossomos foco: lisossomos e doenças humanas ..........................................

249

Vacúolo de suco celular ..............................................

250

9.

Despertando ideias: Separando ideias: Separando e identificando pigmentos ....................................... 250 10.

Vacúolo pulsátil .............................................................

251

11.

Plastos ..............................................................................

252

12.

Mitocôndrias ..................................................................

252

Tema para discussão: Citoesqueleto, discussão: Citoesqueleto, cílios, flagelos e você .............................

253

Retomando .............................................................................. Retomando .............................................................................. 254 Ampliando e integrando conhecimentos conhecimentos ...................... 254 Testes ........................................................................................

257

celulares e reprodução Pense nisso ..............................................................................

288

Despertando ideias: A ideias: A importância do núcleo núcleo ...... ........... .....

288

2.

Envelope nuclear ..........................................................

289

3.

Nucleoplasma e cromatina ......................................

289

4.

Nucléolo ..........................................................................

290

5.

Divisão celular: noções gerais ...................................

291

6.

Ciclo celular ..................................................................... 292

7.

Interfase .......................................................................... 292

Colocando em foco: entendendo foco: entendendo a base biológica do câncer ......................................... 8.

Capítulo 11 • Metabolismo

2.

3.

8.2. 8.3.

Reações químicas, acoplamento de reações e ATP .................................................................................. 259 Transportadores de hidrogênio: NAD +, NADP+ e FAD FAD .......................................................

8.4.

258

294

O controle do ciclo celular .............................. 295

Mitose em células animais ............ ............................ 8.1.

energético 1.

287

Núcleo .............................................................................

1.

7.1.

Pense nisso ..............................................................................

286

295

Prófase .................................................................. 295 Metáfase ............................................................. 296 Anáfase ............................................................... 296 Telófase e citocinese ........................................ 297

Colocando em foco: cariótipo foco: cariótipo e idiograma ..................

298

9.

Mitose em células vegetais .......................................

299

10.

Meiose .............................................................................

299

261

10.1.

Fotossíntese .................................................................... 262

10.2.

Meiose I ............................................................... 300 Meiose II ............................................................... 302

Despertando ideias: Luz ideias: Luz e fotossíntese ......................... 262

11.

A divisão celular das bactérias ................................. 303

Origem do oxigênio e fotossíntese bacteriana ........................................................... 263 Luz e pigmentos fotossintetizantes fotossintetizantes ........... 264

12.

Reprodução ..................................................................... 303

3.1.

3.2.

Despertando ideias: ideias: A A influência da luz na percepção das cores ..................... 265 Despertando ideias: ideias: Quais Quais comprimentos de onda são importantes para a fotossíntese? .................................. 265 3.3.

As etapas da fotossíntese ............................... 267

Colocando em foco: foco: como como milho, abacaxi e outras plantas tropicais fixam carbono? ............................... 272 4.

Quimiossíntese .............................................................. 274

12.1. 12.2.

Reprodução assexuada ................................... 303 Reprodução sexuada ...................................... 304

Tema para discussão: Consequências discussão: Consequências da não disjunção dos cromossomos na meiose humana ...................

304

Retomando .............................................................................

306

Ampliando e integrando conhecimentos .....................

306

Testes ......................................................................................... 310

Indagação científica ...................................................... 312 Sugestões de consulta ................................................. 318 Gabarito ............................................................................... 320


Unidade 1

O que guia a vida é… um pequeno fluxo, flu xo, mantido pela luz do Sol. Albert Szent-Györgyi (1893-1986), fisiologista húngaro ganhador do prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia de 1937, por seus estudos relacionados ao ácido ascórbico (vitamina C).

O G I R A M O I D U A L C Z I U L

12

UNIDADE UNIDAD E 1 • O mundo em que vi vemos

Por que estudar o mundo em que vivemos? Uma resposta direta e óbvia da importância de estudarmos o mundo em que vivemos é o fato de morarmos nele. Para que a vida continue a existir neste mundo, precisamos entender como ele funciona, quais são os elementos que o compõem e como esses elementos interagem. Precisamos saber quais são e como são os seres vivos que compartilham o planeta com nossa espécie, quais as interações entre os diferentes seres vivos e entre eles e os fatores físicos e químicos do ambiente, de modo que possamos ter uma visão mais abrangente e responsável sobre nossos atos. E não é só isso! Nosso planeta não está só no Universo. A vida na Terra só existe devido a uma infinidade de fenômenos cósmicos muito especiais envolvendo energia e matéria. Conhecer um pouco sobre o Universo é importante para entender a vida e o planeta em que vivemos e, consequentemente, fazer escolhas mais conscientes sobre estilo de vida, o que inclui a conduta em relação ao uso sustentável do planeta. Convidamos você a desvendar a intrincada rede de interações que existe entre os diferentes componentes do mundo do qual você faz parte.

Entender a vida e seus mistérios nos desperta para olharmos o mundo com mais re sponsabilidade.

Capítulo 1 • Introdução à Biologia

13

Cap tulo 1

Introdução à Biologia I N A S I D N A C O N A I C U L

Figura 1.1. Descobrir a natureza, desvendar seus mistérios, mergulhar em sua fisionomia. Escolhemos uma fotografia da nascente do Rio Sucuri, no Mato Grosso do Sul, para fazer um convite mais do que especial: ingressar no universo da Biologia. As águas cristalinas, com peixes e plantas aquáticas, assim como as árvores do entorno, formam uma paisagem que instiga o desejo por saber mais. Desfrute dessa imagem e embarque nessa viagem de grandes aprendizados.

• O que você espera aprender estudando Biologia? • Como essa ciência pode contribuir para sua formação formação como cidadão? • Se você fosse fosse estudar a nascente nascente do Rio Sucuri, por onde onde começaria? começaria? Como organiza organizaria ria seu estudo? Quais fatores levaria em cons consideração? ideração? O que procuraria investigar? 14

UNIDADE 1 • O mundo em que vi vemos

1. Biologia: ciência da vida A palavr palavraa biologia significa significa "estudo da vida" (do grego bíos = = vida; logia = estudo) e é empregada para denominar uma ciência que se preocupa em compreender os mecanismos que regem a vida. Na Biologia estuda-se, por exemplo, a origem e a evolução dos seres vivos, as relações dos seres vivos entre si e com o meio ambiente, o modo como os organismos se mantêm vivos e se reproduzem e noções de higiene e saúde. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), o estado de saúde de uma pessoa envolve o completo bem-estar físico, mental e social, e não apenas a ausência de doenças. Noções de higiene e saúde são importantes, pois estamos a todo o momento tomando decisões sobre o que e quando comer ou beber, por que e quais exercícios físicos fazer, enfim, sobre muitos aspectos que compõem o nosso estilo de viver (fig. 1.2). Estudar Biologia também nos ajuda a entender os mecanismos básicos relacionados à alimentação, ao sexo, às doenças sexualmente transmissíveis como a Aids e discute os malefícios do fumo, das bebidas alcoólicas e de outras drogas. Deste modo, procuraremos levar a você conhecimentos importantes para que suas escolhas quanto à manutenção da saúde sejam conscientes e para que você tome decisões mais responsáveis sobre a sua própria vida. O estudo da Biologia, assim como de outras disciplinas, deve proporcionar a você a possibilidade de entrar em contato com diversas questões ligadas à ética e à cidadania. Falamos em ética quando nos referimos a valores e princípios que norteiam a conduta humana, buscando o bem social. Por exemplo, ao tratarmos de temas como manipulação do material genético dos seres vi-

vos, produção de organismos transgênicos, clonagem, células-tronco e problemas com o lixo e com o esgoto, seus valores éticos serão importantes para a sua análise crítica nas discussões. Falamos em cidadania quando nos referimos a um conjunto de normas que garantem a todos nós a possibilidade de participar ativamente da vida e do governo de nosso povo. Exercer cidadania é justamente ser ativo nessa tarefa. Para que sejamos cidadãos responsáveis, devemos ser capazes de fazer escolhas, conscientes dos nossos direitos e deveres como indivíduos e dos direitos e deveres das outras pessoas, buscando o nosso bem-estar e o da coletividade. Exercemos cidadania quando analisamos questões que permeiam os âmbitos social, político e econômico como a implantação de indústrias em determinadas regiões, o controle de poluentes, a construção de estradas, edifícios, usinas hidrelétricas e muitos outros casos. Nesses exemplos, é importante, como cidadão, ter noções mínimas de características do meio ambiente para poder avaliar ou reconhecer diversas opiniões sobre o assunto. Devemos estar atentos se medidas de respeito à natureza estão sendo empregadas e se as intervenções humanas no ambiente trarão ou não prejuízos. É importante procurar saber se uma determinada obra terá um desenvolvimento eficiente em termos ecológicos, ou seja, se as interações entre as intervenções humanas e o ambiente não trarão prejuízos para o ambiente e os seres vivos. Ao longo dos livros desta coleção, você encontrará situações nas quais poderá atuar como multiplicador de princípios e atitudes éticas junto à sua comunidade. Essa é uma forma de mobilização popular e você estará exercendo cidadania.

S E G

A M I R E H T O / T H G I L T S R I F

Figura 1.2. Um dos caminhos para o bem-estar é a interação física e mental saudável com a natureza que nos cerca e da qual fazemos parte.

Capítulo 1 • 1 • Introdução à Biologia

15

Colocando em foco : a ISO, o verde e você A International Standardization Organization (ISO), que em português significa “Organização Internacional de Normatização”, é uma entidade mundial fundada em 1947 para desenvolver normas internacionais que garantam a qualidade dos produtos da indústria e do comércio. O conjunto de sistemas de gestão de qualidade compõe a chamada ISO 9 000. Ela garante ao consumidor c onsumidor que padrões p adrões internacionais foram tomados para assegurar a sua qualidade final. Para a empresa, a ISO 9 000 proporciona maior aceitação de seus produtos e serviços pelos consumidores e pelos mercados internacionais, já que alguns exigem essa certificação para a entrada deles em seus países.

O

M

W / S E

G A M I

Y T T E

/ G K T O C

N K S T H I N

Figura 1.3. A ISO verde é uma norma internacional que estabelece diretrizes para a gestão ambiental nas empresas.

Atualmente, a ISO também certifica empresas com base na ISO 14 000, a chamada ISO verde (fig. 1.3). O Atualmente, objetivo dessas novas normas é estabelecer diretrizes para a gestão ambiental nas empresas, no que diz respeito aos impactos imediatos e de longo prazo, tanto de produtos como de projetos e processos industriais. Ao considerar esses impactos, devemos sempre procurar conhecer sua origem, de maneira que o planejamento permita que eles sejam evitados ou reduzidos. Para tanto, o conhecimento que a Biologia gera é fundamen fundamental. tal. No mundo corporativo atual, nem sempre a “consciência ecológica” é suficiente para que uma empresa resolva adotar a ISO verde. No entanto, há diversos outros motivos para que isso seja feito, dentre os quais podemos citar: • aumento na fiscalização governamental, que está mais atenta aos desvios operacionais. Isso tem levado as empresas a adotar sistemas de gestão que diminuam as ocorrências de acidentes ambientais ou desastres ecológicos; •

acidentes ambientais são passíveis de processos e multas;

• desejo de lucrar com o mercado de “produtos verdes”, isto é, ecologicamente corretos; • otimização de processos com foco em maiores lucros — redução da geração de resíduos empregando processos mais “enxutos” que diminuam o desperdício de matéria-prima e de energia; • altos custos das apólices de seguro por acidentes ecológicos.

E você? Considerando seus valores éticos, quais seriam seus motivos, como cidadão, para comprar um produto com certificação ISO verde? Texto escrito especialmente para este livro por Carlos Eduardo Rogério, administrador de empresas.

2. A Biologia como ciência A palavra “ciência” vem do latim scientia, que significa conhecimento. O termo “ciência” pode ser interpretado de diferentes maneiras, que são amplamente discutidas na área da Filosofia. Adotaremos como concepção de Ciência um modo organizado de buscar e analisar evidências sobre a história e o funcionamento do mundo natural. Assim, um dos objetivos da Ciência é fornecer explicações para eventos do mundo natural. Outro objetivo é usar essas explicações para entender padrões na natureza e fazer previsões do que pode acontecer em dados eventos naturais. A Ciência gera conhecimento e é dinâmica, ou seja, está em constante desenvolvimento. Embora a quantidade de conhecimentos científicos esteja crescendo rapidamente e hoje saibamos bastante sobre o mundo natural, há ainda muitos 16


conhecimentos a serem produzidos e descobertos. Muitas perguntas sobre a vida, sobre o mundo e sobre fenômenos que observamos ainda nem foram feitas, e há perguntas que, apesar de já terem sido feitas, continuam sem respostas, mesmo que muitas pessoas tenham colaborado e estejam colaborando para solucioná-las. Pode parecer estranho, mas quase todas as descobertas científicas trazem mais perguntas do que respostas. Em certos casos, descobertas nos levam a interpretações completamente diferentes das que tínhamos até então, mudando nossa visão de mundo. Isso é uma consequência do dinamismo da Ciência. A constr construção ução do conheci conhecimento mento cientí científico fico é feita com base em princípios que compõem a metodologia científica .

E agora? Será que quebrou? Antes de falarmos mais sobre metodologia científica, vamos pensar em uma situação do cotidiano. Por Por exemplo: você está ouvindo música e, de repente, o rádio para de funcionar. O que você faz? Antes de continuar a sua leitura, pare um pouco, pense e responda o que qu e você faria. Você poderia usar os conhecimentos que tem sobre o funcionamento de um rádio e propor uma ideia que possa ser testada, tentando explicar por que ele parou de funcionar. Você poderia pensar: as pilhas estão fracas. Para testar essa ideia, você troca as pilhas por novas e tenta ligar o equipamento novamente. Se o aparelho voltar a funcionar, dizemos dizemos que essa ideia foi corroborada corroborada,, ou seja, o rádio ter voltado a funcionar confirma a ideia de que as pilhas estavam fracas. Se continuar não acontecendo nada, a ideia deve ser substituída por outra que possa ser testada, e assim por diante, até que se descubra o que aconteceu. Proponha outra situação do seu cotidiano que se assemelhe ao problema do rádio que parou de funcionar. Procure estabelecer procedimentos para solucioná-lo. Professor(a), é importante desenvolver com os estudantes a atividade 1: "Desvendando a caixa-preta", descrita no Manual do Professor na seção 10.2. Com ela pode-se trabalhar elaboração de hipóteses, interpretação de resultados e elaboração de modelos.

A metodo metodologia logia científica assemelha-se assemelha-se ao proce processo sso de descobrir porque o rádio parou de funcionar: a partir de uma pergunta buscamos respostas com base no que já sabemos sobre aquel aquelee assunto assunto e formulamo formulamoss uma explicação que possa ser testada, a hipótese. As hipóteses, para serem consideradas científicas, precisam ser testáveis, ou seja, passíveis de testes. As hipóteses não podem ser provadas, apenas validadas, pois, mesmo depois de mil resultados de acordo com uma hipótese, basta um resultado contrário para derrubá-la. Vamos ver um exemplo. Considere a pergunta: qual a cor das penas dos cisnes? Com base em observações prévias em vários lagos, minha hipótese é de que todos os cisnes são brancos. Agora preciso testar essa hipótese fazendo uma dedução. SE todos os cisnes são brancos, ENTÃO o próximo cisne que eu encontrar será branco. Posso encontrar centenas de cisnes brancos que comprovam essa hipótese, mas basta encontrar apenas um cisne negro que a hipótese é refutada. Por mais estranho que pareça, uma hipótese, para ser científica, precisa ser falseável. Essa maneira de estruturar a investigação é chamada de hipotético-dedutiva ; a partir do geral procura-se explicar o particular. A dedução é uma previsão sobre quais resultados deveríamos esperar se uma hipótese for correta. O teste da hipótese pode ser feito de diferentes maneiras, com experimentos, com a observação da natureza e com a interpretação do que foi observado. Muitas vezes as respostas às perguntas são buscadas por meio da chamada narrativa histórica , em que evidências concretas de fatos passados são interpretadas, e essas interpretações, por mais lógicas que sejam, nem sempre podem ser experimentalmente testadas. Por outro lado, quando o teste é feito por meio de experimentos, deve-se trabalhar com dois grupos:

•

um experimental : aquele em que se promove alteração em um fator a ser testado, deixando todos os demais fatores sem alteração;

um controle : que é submetido aos fatores sem nenhuma alteração. Assim, pode-se testar um fator por vez comparando os resultados obtidos no grupo experimental com o que foi obtido no grupo controle. Ocorrendo diferenças entre os resultados do grupo experimental e do controle, elas são atribuídas ao fator que está sendo testado. Não ocorrendo diferenças, pode-se dizer que o fator analisado não interfere no processo em estudo. As conclusõe conclusõess que forem forem tiradas tiradas podem ser ser o ponto ponto de partida para novas hipóteses e assim por diante. Os cientistas compartilham informações por meio de publicações (como as chamadas revistas científicas), encontros, congressos e comunicações pessoais. Com isso, hipóteses são constantemente debatidas. A figura 1.4 1.4 da página seguinte seguinte resume resume o que foi foi explicado. Note no diagrama que a maioria das etapas está ligada com setas que possuem dois sentidos, ou seja, a interligação entre as etapas muitas vezes é cíclica. Além da divulga divulgação ção do trabal trabalho ho entre os pesqui pesqui-sadores, é importante que toda a sociedade possa ter acesso a informações, resultados e conclusões das pesquisas feitas. A transposição desse conhecimento científico para a sociedade pode ser feita, por exemplo, pelos livros didáticos, como este que você está lendo, por revistas e jornais de grande g rande circulação, circulação, por sites de de instituições de pesquisa e de meios de comunicação confiáveis, por programas televisivos e outros. Em cada caso, há uma linguagem específica para a transmissão dessas informações. As características dos diferentes estilos de •


17

linguagem são alvo de estudo de uma grande área do conhecimento e que você entrará em contato de forma mais aprofundada na disciplina de Língua Portuguesa. Textos científicos, didáticos e de divulgação possuem características próprias, pois têm como objetivos atingir o público a que se destinam e ter repercussão.

Faça uma pergunta

Faça uma observação

Formule uma hipótese

Analise os resultados

Escreva suas conclusões

Teste a hipótese

Não

Elas dão suporte a sua hipótese? Sim

Comunique os resultados S I B

Figura 1.4. Diagrama das etapas da metodologia científica.

A pesquisa científica pode levar à formulação de uma nova teoria . As teorias são formuladas quando há evidências consistentes em vários trabalhos científicos, que dão suporte às hipóteses a que estão relacionadas. Na linguagem popular, a palavra teoria é tratada como sinônimo de hipótese, possibilidade ou mesmo suposição. Em Ciência, no entanto, a palavra teoria tem outro significado. De acordo com o físico Stephen Hawking, uma teoria deve satisfazer a dois requisitos: precisa descrever com precisão um número razoável de observações, com base em um modelo que contenha poucos elementos arbitrários; e deve prever, com boa margem de precisão, resultados de observações futuras. Uma teoria não é uma verdade absoluta. Muitas teorias já foram refutadas ao longo da história da Ciência. Você terá exemplos disso ao longo de seu curso no Ensino Médio, ao estudar as diferentes ciências, como Biologia, Química e Física. O biólogo norte-americano Stephen J. Gould (1941-2002) escreveu: “Os fatos são os dados do mundo. As teorias são estruturas que explicam e interpretam os fatos. Os fatos continuam a existir enquanto os cientistas debatem teorias rivais para explicá-los”. explicá-los”. 18


As teorias científicas descrevem hipóteses bem testadas para uma ampla gama de fenômenos e são diferentes das leis científicas. As leis são descrições específicas e concisas sobre como se espera que se comporte determinado aspecto do mundo natural, em uma dada condição. Um exemplo é a Lei da Inércia. Segundo essa lei, um corpo tem a tendência de manter o seu estado de repouso ou de movimento, desde que nenhuma força atue sobre ele. A Lei da Inércia explica, por exemplo, a importância do uso de cinto de segurança nos veículos. Em uma batida de frente, o carro para repentinamente, mas, por causa da inércia, os ocupantes do carro continuam em movimento. O cinto de segurança é um dispositivo presente nos carros que impede que esse movimento traga consequências drásticas para os ocupantes do veículo. Ao longo desta coleção, descreve descreveremos remos experi experi-mentos ou observações para que você junto com seus colegas de classe e sob orientação de seu(sua) professor(a) façam interpretações e cheguem a conclusões. Haverá também oportunidades em que você partirá de uma pergunta ou ponto a ser demonstrado e você mesmo conduzirá o experimento, registrando seus próprios dados.

3. Biologia e outros saberes A Biolo Biologia gia faz parte de uma área maior do conhe conhe-cimento chamada Ciências da Natureza, que inclui também Química e Física. Essas três ciências têm uma relação muito próxima com a Matemática. Nesta coleção, buscamos evidenciar isso, mostrando a você que muitos conceitos de Biologia são interligados à Química e à Física e que a Matemática é fundamental na interpretação e no tratamento de diversas informações. Vamos a dois exemplos: ao falarmos em equilíbrio térmico nos seres vivos, você perceberá que estamos tratando de princípios e conceitos estudados também nas disciplinas de Física e Química; ao analisarmos as moléculas que formam o corpo dos seres vivos, estamos utilizando os mesmos conceitos sobre molécula que você estudará em Química. Há ainda muitos outros exemplos dessa integração, e certamente você os perceberá ao estudar as disciplinas desta área de conhecimento. A essa integra integração ção somamsomam-se se também outra outrass área áreass do conhecimento, como as Ciências Humanas. Você verá, por exemplo, que a Geografia e a Biologia dialogam em vários momentos, como nos estudos sobre ecossistemas, crescimento da população humana, problemas ambientais, entre outros. Além disso, você perceberá que a construção do conhecimento científico permeia os diferentes momentos históricos da humanidade e os contextos econômico, social e cultural têm papel determinante para os rumos do desenvolvimento científico. Assim, Histór História, ia, Filosof Filosofia ia e Socio Sociologia logia são fundame fundamentais ntais para a compreensão do desenvolvimento da Biologia e de como essa ciência se encontra atualmente. A comunicação entre pessoas, o modo como regisregistramos nossos pensamentos e transmitimos nossas ideias dependem de outra grande área do saber, que é a de Linguagens e Códigos. Essa área inclui as disciplinas de Língua Portuguesa e Língua Estrangeira, Arte e Educação Física. Lançamos mão a todo o momento de conteúdos dessas áreas para nossa comunicação e interação, o que evidencia a importância do domínio desses saberes para o aprendizado e a prática da Biologia. No caso da Educação Física, a interação com a Biologia é enorme, pois envolve conhecimentos do funcionamento do nosso corpo. Quando os saberes de uma disciplina mantêm um diálogo permanente com os saberes de outra disciplina, falamos em interdisciplinaridade. A interdisciplinaridade é uma característica das explicações. Fenômenos naturais não são compartimentalizados em disciplinas. Sua descrição, ou explicação, envolve elementos de várias áreas do saber. A figura figura 1.5 repres representa enta bem bem o significad significado o que querequeremos passar para você. Na natureza existem padrões que

Professor(a), veja comentário no Manual.

só se explicam pela integração de conhecimentos mais específicos de diferentes áreas. Vamos imaginar que cada tinta colorida corresponda aos saberes associados a uma disciplina ou área do conhecimento. Para explicarmos os fenômenos naturais, precisamos da interação desses vários saberes, o que é representado pela fotografia seguinte, na qual as tintas estão misturadas, mas ainda é possível reconhecer as cores que representam as especificidades de cada saber. Nessa segunda imagem ainda podemos reconhecer mais uma ideia, que nunca poderia ser descrita apenas com a informação contida na imagem superior: é o padrão com que as cores se distribuem na pintura. Esse é o produto do artista! S E G A M I Y T T E G / K C O T S K N I H T

A I D E M O I D / E C R U O S E G A M I / D N A L R O M T S E W T R A U T S

Figura 1.5. Os saberes são organizados de maneira que seja mais fácil estudar e compreender suas especificidades, mas para fazer explicações de fenômenos naturais naturais é necessário integrar conhecimentos conhecimentos de vários saberes.

Nesta coleção, pretendemos trabalhar, sempre que for possível, com uma perspectiva interdisciplinar no texto e nas atividades, mas esperamos que você adquira a habilidade de reconhecer a interdisciplinaridade sozinho, compreendendo que o conhecimento não é algo isolado em disciplinas. Explicações interdisciplinares são mais consistentes e completas quando estamos tratando de fenômenos naturais, que geralmente envolvem aspectos físicos, químicos e biológicos. Você vai perceber isso! Capítulo 1 • Introdução à Biologia

19

4. Os níveis hierárquicos de organiz organização ação biológica A enorme diversidade diversid ade de temas que são estudados pela Biologia Biologi a pode ser organizada em níveis hierárquicos hi erárquicos como os mostrados na figura 1.6. Cada nível tem seus próprios métodos e explicações, que trazem informações integradas na solução das questões biológicas.

Níveis de organização Comunidade: conjunto de populações de espécies distintas que vivem em um mesmo local.

Ecossistema: comunidade + fatores abióticos (luz + água + solo e outros).

Biosfera: conjunto dos Biosfera: conjunto ecossistemas da Terra.

Sistema: conjunto de órgãos que interagem para a execução de certas funções.

Sistema muscular

Organismo: conjunto de sistemas

Músculo

O R I E B I R R I D N A R U J

Órgão: conjunto de tecidos que interagem para a execução de certas funções.

População de sapos

Sapo

População: conjunto de indivíduos da mesma espécie que vivem em um mesmo local.

Tecido muscular

Água Célula muscular

Tecido: conjunto de células e substância intercelular que interagem para a execução de certas funções.

Célula: unidade morfológica e funcional dos seres vivos.

Moléculas

Figura 1.6. A Biologia é uma Ciência que pode ser apresentada em níveis de organização. Cada nível tem suas próprias explicações e teorias, o que torna essa Ciência especialmente complexa. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia cores-fantasia.) .)

Neste livro, começaremos começaremos o nosso estudo pelo planeta Terra como ele é hoje, abrangendo a biosfera e passando pelos ecossistemas, comunidades e populações, que são níveis hierárquicos de organização estudados por uma das grandes subdivisões da Biologia: a ecologia. Uma vez compreendida a estrutura e algumas bases sobre o funcionamento do nosso planeta na atualidade, passaremos a fazer uma retrospectiva de como poderia ter sido o planeta Terra desde sua ori20


gem. Será que a Terra sempre foi como a conhecemos hoje? Discutiremos hipóteses sobre a origem e a evolução da unidade morfológica e funcional dos seres vivos, que é a célula. A subdivisão da Biologia que se ocupa do estudo da célula é a citologia, ou biologia celular. Para compreendermos esse tema, precisaremos de noções de bioquímica, que serão dadas na quantidade e na profundidade suficientes e adequadas ao Ensino Médio.

5. Características dos seres vivos Antes de falarmos sobre sobre as características do seres vivos, realize realize a atividade descrita no boxe boxe a seguir. seguir.

Vida em Marte? Leia os seguintes trechos retirados de reportagens. “Provavelmente “Provavelmen te existiu vida em Marte”, afirma a engenheira brasileira que trabalha na Nasa (…) [o objetivo da missão Curiosity em Marte é] a procura da vida. É um quebra-cabeças que estamos montando

pouco a pouco. Nossa missão é saber: existe ou já existiu vida em Marte? Se existiu, o que aconteceu para não existir mais? Essa é a grande pergunta que os cientistas querem qu erem responder. responder. Marte é tão parecido com a Terra. Terra. Queremos saber se o que aconteceu lá pode acontecer com a Terra. Terra. (…) Disponível em: . Acesso em: fev. 2013.

Alô, alô, marciano (…) o fato de Marte ter estado, há bilhões de anos, na chamada zona habitável do nosso Sistema Solar — faixa do

espaço com maiores condições de abrigar vida — reforça a possibilidade de se encontrar vestígios de vida no planeta. “Devido à maior atividade solar no passado, essa zona habitável ficava mais afastada do Sol e incluía a órbita de Marte”, explica a geneticista e especialista em astrobiologia Claudia Lage, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Disponível em: . Acesso em: fev. 2013.

Regiões hostis da Terra podem ajudar a achar vida em Marte

Equipes de pesquisadores têm trabalhado a todo vapor no n o ambiente gélido de uma ilha no oceano Ártico e na região mais seca do planeta — o deserto do Atacama, no Chile —, com o objetivo de mapear essas áreas e desenvolver novas técnicas e instrumentos que auxiliem na busca por p or vida em Marte. Disponível em: . Acesso em: fev. 2013.

Questões

1. Como você leu nos textos acima, cientistas buscam saber se há ou se houve vida em Marte e procuram identificar evidências de vida ou de algumas das características — parecidas com as da Terra Terra — indispensáveis para a vida. Em sua opinião, que características são essas?

2. Analise as imagens a seguir (fig. 1.7), obtidas de sondas enviadas a Marte, e explique se alguma delas apresenta evidências das características que você citou na questão anterior.

A

K C O T S N I T A L / S I B R O C / 1 G N I K I V / K C O T S N I T A L

B

S E G A M I W O L G / O T O H P P A / B A L N O I S L U P O R P T E J / O H


21

C

A S A N / O T O H P P F A

D

S E G A M I W O L G / S E R U T A E F X E R

Figura 1.7. A, B, C, e D : Conjunto de fotografias da superfície de Marte.

respostas que cada um deu às questões 3. Forme um grupo com mais três ou quatro colegas de classe e, juntos, discutam as respostas 1 e 2. Vocês deverão fazer um registro que reúna as respostas de consenso do seu grupo. Seu grupo deve discutir os registros que fizeram com os demais grupos da classe e, em seguida, toda a sala deve se organizar para elaborar o registro da turma. Esse registro, único da sua turma, pode ser publicado no blog da da classe, seguindo as orientações do seu(sua) professor(a). A quais soluções vocês chegaram sobre os problemas p roblemas propostos? Professor(a), veja orientações no Manual.

Como já comentamos, a Biologia é o estudo da vida. Mas o que é vida? Para responder a essa pergunta, muitas considerações teóricas e filosóficas foram e ainda são feitas. Essas considerações têm se tornado cada vez mais relevantes nas pesquisas sobre origem e evolução da vida e também nas investigações sobre a existência de vida fora da Terra. Terra. A resposta a essa pergunta, se é que algum dia teremos uma resposta, não está restrita aos conhecimentos biológicos. Físicos, químicos, bioquímicos, astrônomos, geólogos, entre outros profissionais, também estudam a origem da vida. Essa integração se torna evidente em uma área interdisciplinar de estudo surgida na década de 1960, chamada astrobiologia, ou exobiologia ou ainda xenobiologia. A astrobiologia preocupa-se em descobrir como a existência de vida se tornou possível na Terra e se já houve, ou há, vida em outros corpos do Sistema Solar e até mesmo fora dele. Mesmo que não consigamos definir exatamente o que é vida, os seres vivos compartilham algumas características, citadas a seguir: Os seres vivos v ivos são formados por células, estruturas delimitadas por membrana e que contêm em seu interior citoplasma e material genético. Há organismos formados por uma só célula (unicelulares) e organismos formados por várias células (multicelulares). •

22


•

•

•

•

Os elementos químicos mais abundantes no corpo dos seres vivos são carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S). O carbono é o elemento fundamental para a formação de substâncias orgânicas, caso dos carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA). Além de substâncias orgânicas, no corpo dos seres vivos há também substâncias inorgânicas, caso da água e dos sais minerais. Os seres vivos mantêm o meio interno constante mesmo quando as condições externas mudam. Essa propriedade é chamada homeostase. Os seres vivos podem se reproduzir, isto é, podem dar origem a descendentes. São duas as formas de reprodução: a assexuada , na qual um único indivíduo produz descendentes iguais a ele, e a sexuada, em que há formação e união de gametas. Na reprodução sexuada, a união dos gametas forma uma célula, a qual dará origem ao indivíduo que não será idêntico aos pais, mas que guarda semelhaças com eles. Os seres vivos precisam de água para para sobreviver. Embora existam formas de resistência que permanecem dormentes na ausência de água, assim que a água fica novamente disponível, a dormência é quebrada e o organismo passa a viver normalmente.

•

•

Os seres vivos obtêm e usam matéria e energia para seu crescimento, desenvolvimento e reprodução. A combinação de reações químicas pelas quais um organismo constrói ( anabolismo) ou quebra ( catabolismo ) matéria chama-se metabolismo. Os seres vivos crescem graças aos processos metabólicos. Os seres vivos apresentam material genético. As moléculas de DNA apresentam complexas infor-

•

•

mações que controlam e comandam as diferentes funções dos seres vivos, como crescimento e reprodução. Os seres vivos detectam e responde respondem m a estímulos do meio. Têm, assim, capacidade de reação. Populações de seres vivos evoluem, ou seja, ao longo das gerações, populações apresentam mudanças e podem dar origem a novas espécies.

6. Evolução, o princípio unificador da Biologia O entendimento de que as populações de seres vivos evoluem passou por uma longa discussão envolvendo pesquisadores e sociedade. A história da Ciência tem muito a nos contar sobre isso. As ideias evolutivas ainda provocam algumas polêmicas e discordâncias, mas, para a grande maioria da comunidade científica, a evolução é o eixo central da Biologia. Antes da compreensão compreen são de que as espécies es pécies mudam ao longo do tempo, e que essas mudanças influenciam as capacidades de sobreviver e de se reproduzir, podendo levar ao surgimento de novas espécies, acreditava-se no fixismo. Essa corrente de pensamento afirmava que o número de espécies existentes era o mesmo desde a criação do mundo e que os organismos sempre existiram com as características que possuem. Essa ideia foi e ainda é contestada por vários cientistas, com base em grande quantidade de dados

Figura 1.8. Charles Darwin (1809-1882).

coletados na natureza e em estudos experimentais. Vamos V amos coment comentar ar as ideias de dois importa importantes ntes naturalistas ingleses que, em suas observações feitas em viagens pelo mundo, chegaram de forma independente à conclusão de que as espécies mudam ao longo do tempo, ou seja, evoluem, e que a evolução ocorre por seleção natural. Esses naturalistas são Charles Robert Darwin (fig. 1.8) e Alfred Russel Wallace (fig. 1.9). Embora tenham chegado independentemente às mesmas conclusões, suas ideias foram apresentadas para a comunidade científica em um mesmo evento, em 1858. No ano seguinte, Charles Darwin publicou a primeira edição do livro que começou a mudar a história da Biologia: A origem origem das das espécies espécies pela Seleç Seleção ão Natur Natural al . Antes de apresentarmos as ideias que explicam como ocorre e o que é a seleção natural, realize a atividade descrita no boxe a seguir.

Figura 1.9. Alfred Wallace (1823-1913).

C K

E

C I E N S C

T O I N S L A T Y / L A R R B B I T O L P H O

G E O R G

E B E R N A R

D

/ S

P L / L

A T

I N S T

O C K


23

Jogo presa-predador Objetivo Simular o que pode acontecer com as características dos indivíduos que compõem uma população de presas, em função da ação de predadores, em diferentes ambientes. Os ambientes serão representados pelos tabuleiros e a população de presas, por pedaços pequenos de cartolina. Os predadores serão representados por você e seus colegas de grupo.

Materiais Para fazer os tabuleiros e a população de presas, vocês vão precisar de: • cartolina branca e cartolina de

qualquer cor, por exemplo, vermelha;

• tesoura de ponta romba; • régua; • lápis; • caderno para anotações.

Montagem Tabuleiro: recortar um quadrado de 30 cm de lado da cartolina branca e outro da cartolina vermelha. Presas: recortar recortar 50 quadradinhos brancos e 50 quadradinhos vermelhos com 1 cm de lado.

Como jogar 1. Esse jogo deve ser realizado realizado em grupo de, no máximo, máximo, cinco alunos. alunos. Para que toda a classe classe participe no mesmo ritmo, todos os grupos devem começar e terminar cada rodada sob a direção do(a) professor(a). 2. Sobre o tabuleiro tabuleiro branco, espalhe 12 quadradinhos quadradinhos vermelhos e 12 brancos. Cuidado para não não deixar um encobrir encobrir o outro. 3. Serão feitas cinco rodadas de 10 segundos segundos cada uma. Em cada rodada, uma pessoa do grupo assumirá o papel de predador. O objetivo do predador será retirar do tabuleiro, um a um, o maior número possível de quadradinhos (não importa a cor), em um intervalo de tempo de 10 segundos. Depois disso, restarão restarão apenas alguns quadradinhos sobre o tabuleiro, que representam as presas sobreviventes. 4. Terminada essa rodada, as presas sobrevive sobreviventes ntes irão se reproduzir. Para representar esse processo, deve ser acrescentado um descendente (um quadradinho da mesma cor) para cada sobrevivente da população de presas. Assim, se sobrarem sobr arem dois quadradi quadradinhos nhos brancos bran cos e três tr ês vermelhos, vermelh os, deverão ser se r acrescentados acrescen tados mais mai s dois quadradiq uadradinhos brancos e mais três vermelhos antes de começar a próxima rodada. 5. Em cada rodada, no início e no final da sessão de captura, captura, deve-se contar contar o número de indivíduos brancos brancos e vermelhos sobre o tabuleiro, registrando registrando em uma tabela o número de indivíduos capturados e o número de sobreviventes. Caso uma das variedades fique sem indivíduos, o jogo termina com a sua extinção. 6. Uma vez completados os 5 ciclos de captura e reprodução (gerações), deve-se repetir repetir todo o processo, usando o tabuleiro vermelho.

24


Segue-se um modelo da tabela (fig. 1.10) que você deve reproduzir no caderno. Preencha com os dados obtidos por seu grupo. As colunas G1, G2, G3, G4 e G5 correspondem às 5 gerações, ou ciclos de captura e reprodução.

1ª- Etapa: Tabuleiro branco G1 Inicial

Brancos

G3

G4

12

G1

G5

Inicial Capturados

Sobreviventes

Sobreviventes 12

G2 G2

G3

G4

G5

12

Capturados

Inicial

Vermelhos Vermelho s

G2 G2

2 ª- Etapa: Tabuleiro Tabuleiro vermelho

Inicial

12

Capturados

Capturados

Sobreviventes

Sobreviventes

Figura 1.10. Modelo de tabela para a atividade.

Atividades Finalizado o jogo e preenchida a tabela, seu grupo deve: montar gráficos de linha (um para cada tabuleiro) com os números iniciais das 5 gerações, gerações, 1. Com os dados da tabela, montar para indivíduos brancos e vermelhos, separadamente. separadamente. Note que em cada gráfico aparecerão 2 traçados, um para cada variedade de cor. Compare os traçados, associando associando a cor dos indivíduos com a cor do tabuleiro.

2. Calcular as porcentagens de brancos e de vermelhos (categorias) (categorias) no início das diversas gerações e representá-las representá-las em dois gráficos, sendo um para o tabuleiro branco e outro para o tabuleiro vermelho. Para fazer esses gráficos, vamos aprender a usar uma representação que se chama barras empilhadas. Para isso, considere que as diversas barras (em nosso caso, 5) têm a mesma altura total, correspondendo a 100%. Cada uma é, então, subdividida em segmentos com alturas proporcionais às porcentagens das duas categorias (indivíduos brancos e ind ivíduos vermelhos).

3. Comparar os resultados entre os tabuleiros. Alguma variedade de cor tornou-se majoritária no decorrer das gerações? Caso isso tenha acontecido, compare a cor em questão com a cor do tabuleiro. As cores são iguais ou diferentes? Formule uma explicação para isso. Professor(a), veja mais informações no Manual.

Segundo a teoria da evolução por seleção natural, os indivíduos de uma população não são idênticos entre si e nascem mais indivíduos do que o ambiente pode suportar. Sem recursos em quantidades adequadas para todos os indivíduos, ocorrem disputas. Aqueles com característ características icas mais vantajosas para uma dada situação têm mais chances de conseguir os recursos do meio, sobreviver e, consequentemente, se reproduzir, passando essas características vantajosas aos seus descendentes. Esse processo, ocorrendo ao longo do tempo, leva a modificações na população. Assim, o meio é o agente que seleciona naturalmente aqueles indivíduos com características que lhes conferem maior adaptação a uma dada condição

ambiental. Mudando a condição ambiental, mudam-se as características selecionadas. A explicação do que gera a variabilidade na população e como ocorre a transmissão das características hereditárias só surgiu mais tarde, com o desenvolvimento de uma área da Biologia chamada genética. As noções de genética foram incorporadas às explicações evolutivas e, hoje, sabe-se que existem outros fatores importantes nos processos evolutivos. Sabe-se, por exemplo, que ao longo das gerações o DNA é transmitido das gerações parentais para as novas gerações e que variações nas populações podem surgir por mutações, que são modificações no DNA. Os processos evolutivos ainda são objetos de pesquisa e os cientistas Capítulo 1 • 1 • Introdução à Biologia

25

continuam a trazer contribuições para o entendimento da evolução, sendo essa uma das áreas da Biologia em pleno desenvolvimento desenvolvimento.. Para entendermos melhor o processo de seleção natural, vamos analisar um exemplo real de experimentação realizado na década de 1970 pelo zoólogo norte-americano John Endler. Endler montou seu experimento utilizando uma espécie de peixe de aquário bem popular, o lebiste (Poecilia reticulata ). Os machos dessa espécie têm manchas com coloração viva, que atuam na atração de fêmeas. Essas manchas, no entanto, atraem também predadores. Observações anteriores sugeriam que, nos locais onde havia grande quantidade de peixes predadores, os lebistes machos (fig. 1.11) tendiam a ter menos manchas coloridas, quando comparados àqueles que viviam em locais com menos predadores. Para verificar experimentalmente esse fenômeno, Endler colocou grupos de lebistes machos e fêmeas em três lagoas praticamen praticamente te idênticas. A caracter característiística que variava entre ent re essas lagoas era o fator “predadores”: enquanto em uma lagoa não havia predadores, na outra havia uma espécie predadora de lebistes e, na terceira, havia uma espécie de peixe que era predador, mas que não se alimentava de lebistes. As três lagoas foram deixadas nessas condições S E G A M I R E H T O / Y M A L A / L E K N I W K C I L B

por 20 meses, o que equivale a aproximadamente 7 gerações de lebistes. Após esse período, Endler analisou as populações do peixe e constatou que, na lagoa onde havia predadores de lebistes, os machos dessa espécie tinham significativamente menos manchas coloridas nas caudas do que aqueles deixados nas outras duas lagoas. Como essa característica é hereditária, essa experiência forneceu forte evidência de que a quantidade de manchas nas caudas de lebistes machos é uma característica que sofre seleção natural, pois os machos com menos manchas são menos predados, passando essa característica aos descendentes. Há ainda inúmeros outros exemplos exemp los de atuação da seleção natural na evolução. Um deles pode ser dado pelos pandas-gigantes, hoje ameaçados de extinção. O panda-gigante (fig. 1.12) vive nas florestas de bambu na China Oriental. Uma característica curiosa desses animais diz respeito a suas patas dianteiras: em vez de terem cinco dedos, como os demais mamíferos, eles têm seis. O sexto dedo é chamado “dedão” e é oponível, ou seja, dispõe-se em ângulo de 90 ° em relação aos demais, como o polegar na espécie humana. Essa disposição dos dedos confere ao panda-gigante a capacidade de segurar o caule do bambu, que é seu alimento favorito. Figura 1.11. Fotografia de um lebiste macho. Mede cerca de 3 cm de comprimento.

S E G A M I Y T T E G / I X A T / U S N E R E K

Figura 1.12. Panda-gigante. Mede cerca de 1,40 m de comprimento.

Professor(a), veja mais orientações no Manual. 26


O dedão do panda-gigante é, na realidade, um osso muito aumentado do punho, com tendões e músculos associados. Esses animais derivaram de ancestrais com cinco dedos. Em algum momento da história evolutiva, devem ter nascido pandas com um dos ossos do punho mais desenvolvido, formando um sexto dedo, oponível. Os pandas-gigantes de seis dedos devem ter se tornado mais aptos a segurar e, consequentemente, a comer mais bambu, sobrevivendo em maior número

que os demais e deixando mais descendentes com essa característica. Ao longo do tempo, teriam sobrevivido apenas os pandas-gigantes de seis dedos, pois todos os indivíduos atuais são assim. Nesta coleção, você perceberá que a visão evolutiva permeará todo o conteúdo, pois, nas palavras do biólogo ucraniano Theodosius Dobzhansky (1900-1975), “Nada em Biologia faz sentido a não ser sob a luz da evolução”.

Colocando em foco : seleção natural e resistência de bactérias a antibióticos Você já deve ter lido que um antibiótico deixou de ser eficiente para controlar determinada bactéria causadora de uma doença no ser humano. Isso ocorre porque as bactérias, como todos os seres vivos, sofrem pequenas mudanças de geração para geração. No caso das bactérias causadoras de doença, essas mudanças podem ter levado ao surgimento de indivíduos que respondem de modo diferente aos antibióticos. No início do tratamento de determinada doença com um antibiótico, muitas bactérias morrem, pois são sensíveis à droga. Entretanto, como os indivíduos não são idênticos entre si, nessa população de bactérias podem existir algumas que sejam resistentes ao remédio; se o tratamento não for feito de acordo com as orientações do médico, essas bactérias resistentes irão se reproduzir e originarão descendentes, em sua maioria, também resistentes à droga. Surge, então, uma nova população de bactérias, sobre a qual aquele antibiótico tem pouco ou mesmo nenhum efeito. Esse processo de seleção nos permite entender por que os antibióticos só podem ser tomados com prescrição médica e por que é importante seguir as recomendações de não interromper o tratamento antes do tempo, quando o paciente começa a se sentir melhor. Os antibióticos devem ser tomados durante um período contínuo estabelecido pelo médico. Atualmente, também se recomenda que, caso sobre antibiótico após o fim do tratamento, esse remédio seja levado para farmácias ou postos de saúde para serem descartados de forma segura.

Afinal, o que é vida? Os organismos vivos apresentam certas características que não são encontradas em objetos inanimados. Essas características foram listadas por muitos cientistas, como fizemos aqui. No entanto, tais listas diferem entre os pesquisadores, e é muito difícil escolher apenas uma delas como sendo melhor que todas as demais. Procurando resolver essas questões, alguns biólogos propuseram definições mais gerais de vida. Entre elas, pode-se citar a de John Maynard Smith, de 1986, segundo segund o a qual “entidades “entidades com as

propriedades de multiplicação, variação e hereditariedade são vivas e entidades que não apresentam uma ou mais dessas propriedades não o são”. Apesar do grande esforço dedicado a esse assunto, essa ainda é uma questão polêmica, que gera debates calorosos no meio científico e mesmo fora dele. Esse problema se torna ainda maior quando nos deparamos com entidades como vírus, viroides e príons, que, embora não apresentem estru-


27

tura celular, possuem algumas características bastante especiais. Cada vírus é formado por um tipo de ácido nucleico (DNA ou RNA), protegido por uma ou mais cápsulas proteicas. Além disso, certos vírus possuem um envelope formado por membrana lipoproteica semelhante à das células. Os vírus só adquirem manifestações vitais quando penetram células vivas, sendo, portanto, parasitas intracelulares obrigatórios. Alguns pesquisadores consideram os vírus partículas infecciosas especiais, e não seres vivos. Outros consideram os vírus formas particulares de vida, com base nos seguintes argumentos: têm capacidade de reprodução (embora apenas quando penetram uma célula hospedeira) e sofrem mutação no material genético, podendo mudar ao longo do tempo. Essa grande capacidade que os vírus têm de mutação é um dos motivos pelos quais ainda não se conseguiu produzir uma vacina eficiente contra algumas das doenças causadas por eles, como a Aids e a gripe. No caso da gripe, as vacinas existentes são renovadas anualmente para tentar combater novas variedades do vírus. Os viroides são ainda mais simples que os vírus. Eles foram descobertos em 1971 e consistem apenas em uma molécula circular de RNA não envolta por cápsula proteica. Essa molécula fica sempre dentro de uma célula hospedeira e Esquema de um bacteriófago (vírus que infecta bactérias) mostrando o DNA por transparência. Vírus sem envelope lipoproteico.

tem a capacidade de autoduplicação e de sofrer mutações. Não consegue, entretanto, comandar a síntese de proteínas, sendo totalmente dependente da célula hospedeira para sua replicação. Os viroides conhecidos ocorrem apenas em plantas e a via principal de difusão é por contato direto, mas podem ser transmitidos por pulgões e instrumentos de poda. Eles provocam desenvolvimento anormal de plantas, podendo levá-las à morte. Seriam eles uma forma particular e extremamente simplificada de vida parasitária ou seriam eles agentes infecciosos infecciosos com capacidade de multiplicação, variação e hereditariedade, assim como os vírus? O caso dos príons já foi mais polêmico. po lêmico. Atualmente, admite-se que eles não são formas particulares de vida. Eles são proteínas que provocam doenças neurodegenerativas, como a doença da vaca louca (encefalopatia espongiforme bovina), que faz aparecer cavidades no encéfalo, deixando-o como uma esponja. Várias doenças na espécie humana, como a doença de Creutzfeldt-Jakob (tipo de encefalopatia espongiforme humana), também são provocadas por príons. O príon foi descrito pela primeira vez em 1982 pelo bioquímico Stanley Prusiner (prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia em 1997). A palavra príon refere-se a “partículas infectantes proteináceas” e seu uso na literatura é muito variável. Usaremos o termo príon só para a proteína que causa a doença.

Esquema da organização do vírus HIV visto em corte mediano.

Camadas de fosfolipídio do envelope

DNA O R I E B I R R I D N A R U J

Cabeça


Cápsula proteica

Fibras proteicas

Cápsulas proteicas

Cauda Proteínas Proteínas virais do envelope RNA

Esquemas de vírus feitos fei tos com base em observa obser vações ções ao microscó microscópio pio eletrô eletrôni nico. co. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fanta cores-fan tasia.) sia.)

28


Quando os príons foram descobertos, chegou-se a pensar que eles seriam seres vivos muito especiais, pois achava-se, na época, que eram proteínas capazes de replicação. Hoje já se sabe que os príons não têm essa capacidade. Nas membranas celulares, especialmente das células nervosas, existem proteínas cuja função ainda não está bem esclarecida. Essas proteínas, no entanto, são passíveis de sofrer uma alteração em sua estrutura tridimensional, transforman Z O R R A P A C O I D U T S

do-se em príons. A principal característica dos príons é que eles interagem com as proteínas normais, transformando-as em aberrantes — e o ciclo se repete em uma espécie de reação em cadeia, dando a falsa impressão de que os príons estão se replicando. Eles aumentam em número, mas não por divisão de uma molécula em duas que depois se dividem novamente. O aumento se deve a modificações em proteínas normais, já existentes.

Príon original

Príon

Proteína normal

Novo príon

Muitos príons

Esquema mostrando o aumento no número de pr íons. Os príons são uma versão alter ada de uma proteína normal, que ocorrem em células nervosas. Quando o príon se une a uma “irmã” normal, pode induzir sua transformação em príon. Esse processo continua como em uma reação em cadeia. (Cores-fantas ia.)

1. Faça, com seus colegas de grupo, uma pesquisa sobre a interpretação dada aos vírus, isto é, se são seres vivos ou não. Utilize Utilize diferentes fontes confiáveis de consulta, como sites de de universidades, de entidades governamentais, governamentais, páginas pessoais de pesquisadore pesquisadores, s, livros e revistas de cunho científico científico.. Com base nessas informações e no texto aqui discutido, faça uma apresentação apresentação oral para os demais colegas de classe sobre os dados obtidos e a conclusão a que seu grupo chegou. O(A) professor(a) deverá marcar o dia das apresentações e organizar um debate na classe sobre esse assunto. 2. Em grupo, utilize materiais diversos para construir um modelo que represente o aumento do número de príons no corpo de uma pessoa portadora dessa proteína anormal e mostre como ocorre o aumento no número de células em um ser vivo. Usando Usando esses modelos, justifique a diferença entre esses processos. 3. Se for possível, divulgue o trabalho de seu grupo ao público leigo, explicando quais são as doenças causadas por príons. Exerça sua cidadania. Como sugestão, vocês poderão fazer um vídeo curto, que pode ser publicado no blog da da classe ou postado em redes sociais, caso esses recursos sejam aprovados pelo(a) professor(a). Avalie a possibilidade de desenvolver desenvolver esse trabalho em conjunto com as disciplinas disciplinas de Arte e de Língua Língua Portuguesa.

Agora que você já conhece melhor a Biologia, retome suas respostas às questões iniciais da seção Pense nisso deste capítulo. Suas expectativas com relação a essa Ciência mudaram? Quanto à sua proposta de estudo sobre a nascente do Rio Sucuri, há outras ciências envolvidas que podem ajudá-lo a responder a seus questionament questionamentos? os?


29

Professor(a), veja no Manual as competências estabelecidas pelos PCNEM que podem ser encontradas nas atividades a seguir.

No Manual do Professor, há sugestões de abordagem para as atividades da seção Ampliando e integrando conhecimentos desta coleção. conhecimentos desta

Atividade 1: Elementos químicos nos seres vivos e nos componentes não vivos do ambiente Habilidades do Enem: H7, H9, H17, H24.

Em Química são utilizados inúmeros métodos práticos de detecção e dosagem dos diferentes elementos que compõem os mais diversos materiais. Esses métodos são descritos na Química Analítica, que pode ser qualitativa (procura apenas identificar que elementos ou substâncias estão presentes no material analisado) ou quantitativa (determina não só a presença, mas também a quantidade com que certos elementos ou substâncias aparecem). O gráfico a seguir apresenta as abundâncias relativas de alguns elementos químicos nos seres vivos e na crosta terrestre (os valores podem variar dependendo da fonte dos dados). 50

Organismos Crosta terrestre

F A R G O T I E C N O C

) % ( 40

a v i t a l e r a i c n â d n u b A

30 20

10

H

C

O

N

Ca e Mg

Na P e K

Si

Gráfico representando a abundância abundân cia relat iva de alguns elementos químicos na composição de organismos e da crosta terrestre. Na categoria "Outros" incluem-se elementos diversos cujas abundâncias relativas são muito pequenas. H = hidrogênio; C= carbono; O = oxigênio; N = nitrogênio; Ca = cálcio; Mg = magnésio; Na = sódio; K = potássio; Si = silício.

Outros

Analise os dados apresentados apresentados e faça faça uma lista lista em ordem decrescente de abundância dos principais elementos químicos que constituem e caracterizam: a) os seres vivos; b) a matéria inanimada.

Atividade 2: Reconhecendo níveis hierárquicos de organização em Ecologia Habilidades do Enem: H9, H14, H15, H17.

Observe a figura abaixo, que representa um ambiente hipotético e delimitado onde vivem organismos diversos. S A I T A M L A V D O R

Esquema representando um ambiente hipotético com diversos organismos. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.) 30


Agora, responda:

a) Quantas e quais quais populações estão presentes na área? Justifique. b) Quantos indivíduos há em cada uma uma dessas populações? populações? c) Organize esses dados em uma tabela, indicando na primeira primeira coluna os nomes dos organismos que compõem cada uma dessas populações que você reconheceu e na segunda a quantidade de indivíduos presentes em cada população. d) Quantos indivíduos estão representados nessa comunidade? comunidade? e) Qual é o termo que se refere ao todo constituído pela comunidade mais mais o conjunto dos componentes não vivos do ambiente representado na figura?

Atividade 3: Crescimento de cristais

Habilidade do Enem: H3, H18.

Folhas finas de cobre são amplamente utilizadas na indústria eletrônica, mais especificamente especificamente na fabricação de placas para circuito impresso e de baterias de última geração, que vêm substituindo as antigas, nocivas ao ambiente. Na indústria, essas folhas são produzidas por um mecanismo complexo em que ocorre a deposição de cobre sobre um substrato inicial e, depois, essa lâmina aumenta em espessura pela deposição de mais cobre. Não vamos replicar isso aqui, mas vamos analisar uma demonstração simples em que poderemos constatar o crescimento de cristais de sulfato de cobre. O formato dos cristais depende de seus constituintes, que podem ser átomos, moléculas ou íons. Esses constituintes se organizam em um padrão geométrico típico de cada cristal. Um cristal de sulfato de cobre foi amarrado e mergulhado em uma solução quente de sulfato de cobre, como mostra a figura ao lado. Essa preparação foi mantida em local aquecido por vários dias e em repouso.


Depois desse tempo, o cristal foi removido e verificou-se que ele aumentou de tamanho. a) Se uma das características dos dos seres vivos é o crescimento, argumente se o cristal de sulfato de cobre pode ser considerado um ser vivo, já que ele cresceu. b) Qual é a diferença entre o crescimento de um cristal e o crescimento de um organismo?

Cristal de sulfato de cobre cobre suspenso na solução de sulfato de cobre.

Atividade 4: Investiga Investigando ndo plantas carnívoras

Habilidades do Enem: H14, H16, H17, H28.

A planta Philcoxia minensi , típica do Cerrado brasileiro, tem folhas subterrâneas que, por incrível que pareça, fazem fotossíntese. A maior descoberta, no entanto, entanto, se refere ao fato de essas plantas usarem as folhas para capturar capturar e digerir vermes nematoides. Pesquisadores brasileiros, em conjunto com pesquisadores australianos e americanos, fizeram experimentos usando bactérias marcadas com isótopos de nitrogênio nitr ogênio e forneceram essas bactérias como alimento aos vermes. Estes, por sua vez, foram “oferecidos” à planta. Os pesquisadores verificaram a presença dos isótopos de nitrogênio na planta, confirmando que a folha da planta havia digerido os nematoides e absorvido seus nutrientes. Segundo os pesquisadores, essa estratégia de captura é única entre as plantas carnívoras e surgiu, provavelmente, graças a uma combinação de fatores como: a planta ocorre em solos de areia muito branca que permite a passagem de luz, é pobre em água e nutrientes, mas rica em vermes nematoides; as temperaturas são elevadas e a radiação solar é alta. Essas condições extremas dificultam a sobrevivência da maioria das plantas, mas podem ter favorecido a seleção desse hábito peculiar da Philcoxia — o posicionamento subterrâneo de folhas, mantendo a função fotossintética — e acrescentado a essa função a capacidade de capturar e digerir animais. Para saber mais, leia o artigo disponível em: . Acesso em: dez. 2012.


31

a) Qual trecho do texto se refere ao conceito de metabolismo, característica exclusiva dos seres vivos? b) Em qual trecho do texto está está embutida a noção de seleção natural? c) Faça um esquema que represente represente os passos desses pesquisadores, pesquisadores, mostrando mostrando como eles aplicaram a metodologia metodologia científica. Considere que eles partiram da observação da existência de folhas verdes subterrâneas nessas plantas e que a essas folhas sempre estavam aderidos vermes nematoides. Qual hipótese foi testada? Como foi feito o teste dessa hipótese? Quais foram os resultados? Quais foram as conclusões?

Atividade 5: É ser vivo ou não é?

Habilidades do Enem: H13, H17, H28.

Analise a fotogra fotografia fia a seguir. Se você encon tras trasse se essa estrutu estru tura ra amarelada sobre um tron co de árvore, árvo re, diria que é um ser vivo? A I D E M O I D / E C R U O S E C N E I C S / N I T R A M M O T

A imagem imagem está ampliada amplia da — sua largu lar gura ra real é de cerca de 2 cm.

Em muitos muitos casos, é fácil diferen dife renciar ciar um ser vivo de um não vivo, em outros, porém, não é tão sim ples. Essa estrutu estru tura ra amarelada sobre o tronco tron co é um ser vivo da espécie espé cie Hemitrichia serpu ser pula la . Esse organis orga nismo mo vive em locais úmidos úmi dos e sombreados som breados de flores flo restas, tas, geralmen geral mente te sobre troncos tron cos de árvores árvo res ou folhas caídas caí das em decompo decom posi sição. ção. Seu aspecto aspec to é o de uma massa gela titino nosa, sa, capaz de se des lo locar car por movimen movi mentos tos ameboides ame boides durante duran te parte do ciclo de vida. Por meio des ses movimen movi mentos tos o organis orga nismo mo também também captu captura ra bacté bac térias, rias, seu alimen ali mento. to. Em outra fase do ciclo de vida, ele sofre alte ra rações ções e forma estru tu turas ras reprodu repro dutitivas vas de poucos pou cos milíme milí metros, tros, em forma de haste, que pro du duzem zem esporos. espo ros. O grande grande grupo ao qual esse orga nis nismo mo perten per tence ce descen des cende de de uma linhagem linha gem que compartilha um ances tral comum com as amebas. ame bas. Esse Esse organis orga nismo mo é classificado como mixo mi mice ceto. to. Que caracte caracterís rístiticas cas mencio menciona nadas das na descri des crição ção acima permi per mitem tem afirmar afir mar que o organis orga nismo mo mostra mostrado do na fotogra foto grafia fia é mesmo um ser vivo?

ambientalmente por poluição de origem doméstica ou industrial, industrial, uma rá1. (Enem) Quando um reservatório de água é agredido ambientalmente pida providência é fundamental para diminuir os danos ecológicos. Como o monitoramento constante dessas águas demanda aparelhos caros e testes demorados, cientistas têm se utilizado de biodetectores, como peixes que são colocados em gaiolas dentro da água, podendo ser observados periodicamente. Para testar a resistência de três espécies de peixes, cientistas separaram dois grupos de cada espécie, cada um com cem peixes, totalizando seis grupos. Foi, então, adicionada a mesma quantidade de poluentes de origem doméstica e industrial, em separado. Durante o período de 24 horas, o número de indivíduos passou a ser contado de hora em hora. 32


Os resultados são apresentados a seguir. Pelos resultados obtidos, a espécie de peixe mais indicada para ser utilizada como detectora de poluição, a fim de que sejam tomadas providências imediatas, seria: seria: Espécie I 100 s e x i e p e d o r e m ú N


50

0 Tempo (24 Tempo (24 horas)

Espécie II 100 s e x i e p e d o r e m ú N

50

0 Tempo (24 horas) Tempo (24

Espécie III

d) as espécies I e II juntas, juntas, pois tendo resistência semelhante em relação à poluição permitem comparar resultados. e) as espécies II e III juntas, juntas, pois como são são pouco toletolerantes à poluição propiciam um rápido alerta. O texto a seguir refere-se às questões 2 e 3. Podemos afirmar que uma borboleta, um cajueiro, um cogumelo e um humano são seres vivos, enquanto uma rocha, o vento e a água não são. Fazemos isso porque os seres vivos compartilham características que os distinguem de seres não vivos. Essas características incluem determinados tipos de organização e a presença de uma variedade de reações químicas que os capacitam a manter o ambiente interno estável, mesmo quando o ambiente externo varia, permitindo-lhes obter energia, deslocar-se no ambiente, responder a estímulos provindos dele e perpetuar a vida. Para realizar tais funções, os seres vivos são compostos de unidades básicas que constituem a totalidade do seu corpo, ou essas unidades estão agregadas, formando estruturas complexas que realizam determinadas funções, como impulsionar o sangue. Essas formas vivas podem produzir outras idênticas ou muito similares a si próprias, um processo realizado por uma série de estruturas que agem em conjunto. No início de suas vidas, essas formas vivas podem p odem ser idênticas aos organismos que as formaram f ormaram ou sofreram mudanças que as tornam similares a esses organismos em um estágio posterior, além de aumentarem o tamanho dos seus corpos durante esse processo. estão citadas as conceituações das se2. (UFPB) No texto, estão

100

guintes características dos seres vivos:

s e x i e p e 50 d o r e m ú N

a) metabolismo, movimento, reatividade, reatividade, crescimento, reprodução. X b) evolução, reatividade, reatividade, ambiente, ambiente, reprodução, reprodução, crescimento.

0 Tempo (24 Tempo (24 horas) Com poluentes domésticos Com poluentes industriais

a) a espécie I,I, pois sendo menos resistente à poluição morreria mais rapidamente após a contaminação. X b) a espécie II, pois sendo a mais resistente haveria mais tempo para testes. c) a espécie III, pois, como apresenta resistência resistência diferente à poluição doméstica e industrial, propicia estudos posteriores.

c) evolução, composição química, movimento, reprodução, crescimento. d) respiração, reprodução, composição química, movimento, crescimento. e) metabolismo, ambiente, movimento, reatividade, crescimento.

3. (UFPB) Os níveis de organização da vida que se podem depreender do texto são: a) célula, órgão, população, ecossistema. b) célula, órgão, sistema, organis organismo. mo. X c) tecido, sistema, organismo, biosfera. d) tecido, órgão, sistema, comunidade. e) órgão, sistema, organism organismo, o, populaç população. ão. Capítulo 1 • 1 • Introdução à Biologia

33

Cap tulo 2

Introdução à Ecologia I N I R A B M A G O N A I R D A

est abelecimento e da sobrevivência das espéc ies nos diferentes ambientes depende de diversos fatores Figura 2.1. O sucesso do estabelecimento físicos, químicos e biológicos, que interagem de maneira complexa e dinâmica. Na fotografia, aves trint a-réis-do-manto-negro, no Atol das Rocas, Rio Grande do Nor te, são um exemplo do sucesso dessa interação. Essas aves são migratórias e se reproduzem apenas em certas regiões. A transformação do Atol das Rocas em reserv a ambiental, em 1979, 1979, tem se revelado fundamental para a sobrevivência desta e de outras espécies que v ivem ou se reproduzem nesse ecossistema.

• Descreva algumas algumas características da região onde você mora: – O clima é frio, quente, chuvoso, seco ou úmido? – Qual o tipo de vegetação mais comum? – A maior parte do terreno é plana ou montanhosa? – Há praia, rios ou lagos por perto? • O Atol Atol das Rocas está localizado próximo próximo à linha linha do Equador. Equador. Com essa informação, informação, como você acha que é o clima no local? Compare-o com o clima de sua cidade. • A vegetação da região região onde você mora tem tem alguma relação com com o clima clima local? Explique sua resposta. • Como você caracterizaria a região região em que mora: urbana urbana ou rural? Que critérios adotou para essa caracterização? • Em sua opinião, opinião, um ambiente ambiente urbano urbano pode ser objeto objeto de estudo da Biologia? Justifique sua resposta.

34


1. Ecologia A palavra palavra Eco Ecologia logia deriv derivaa de duas pala palavras vras greg gregas: as: (casa) e logos (estudo). (estudo). Assim, Ecologia significa lioikós (casa) teralmente o “estudo “estudo da casa” casa”.. Essa palavra pal avra foi usada usa da pela primeira vez em 1870 pelo biólogo alemão Ernst Haeckel, para designar o estudo das interações dos organismos entre si e com os demais componentes do ambiente. A Ecologia Ecologia é um um ramo da Biologia que tem se destacado recentemente, pois os desequilíbrios ecológicos provocados pela ação humana só serão evitáveis na medida em que se conheçam a estrutura e o funcionamento dos ecossistemas. O nível mais amplo estudado pela Ecologia é a biosfera , que já foi apresentada no capítulo anterior. O termo biosfera foi criado por semelhança aos utilizados para designar camadas ou esferas relacionadas aos componentes abióticos ( a = prefixo de negação, bio = vida; isto é, sem vida) da Terra, que são: • atmosfera ( ( atmós = = gás): camada ou esfera da Terra formada pelo ar; • hidrosfera (hidro = água): camada ou esfera da

Terra formada pela água; • litosfera ( ( lito = pedra): camada ou esfera da Terra

formada pelas rochas e pelos solos. A biosfera, assim assi m como as demais “esferas” “esferas”, não é uma camada homogênea, pois as condições ambientais do nosso planeta variam de uma região para outra. Os limites da biosfera são definidos em função de registros que indicam a presença de seres vivos. Esses limites vão desde aproximadamente 11 000 metros de profundidade, nos oceanos, até cerca de 7 000 metros de altitude, na atmosfera. Depois de conhecer a biosfera, vamos estudar os principais tipos de ecossistemas da Terra: como eles se distribuem, quais são seus organismos mais característicos e os principais fatores abióticos que interferem no padrão geral de distribuição dos organismos. A partir disso, passaremos ao estudo da estrutura e do funcionamento dos ecossistemas e, em seguida, estudaremos unidades ecológicas hierarquicamente inferiores: as comunidades e as populações. As condições ambientais são muito muito importantes na distribuição dos seres vivos. Nos locais onde tais condições são mais favoráveis, a diversidade de formas

vivas é maior maior,, ocorrendo o contrário quando as condições não são favoráveis. Um dos principais fatores que interferem nessas condições é o clima das diferentes regiões, que sofre influência da latitude, altitude e outros fatores, como estudaremos a seguir. s eguir. Ao longo deste capítulo, você notará a presença de conhecimentos pertencentes também à Química, Física e Geografia. Por exemplo, ao falarmos em calor, temperatura e densidade, usaremos os mesmos conceitos da disciplina Física. Quando falarmos do comportamento dos gases da atmosfera, de substâncias e de elementos químicos, empregaremos saberes da área de Química. Além disso, ao estudarmos nosso planeta usando mapas, falando em clima e em distribuição dos seres vivos com base em grandes padrões climáticos, estaremos aplicando habilidades e conhecimentos adquiridos no estudo da Geografia. Assim, o que apresentamos neste capítulo é fruto de pesquisas interdisciplinares nessas grandes áreas do saber. O estudo deste capítulo será muito enriquecido se for acompanhado de um atlas geográfico ou mesmo do seu livro de Geografia, onde você poderá obter informações adicionais sobre alguns dos aspectos que trataremos. Você pode encontrar muitas informações relevantes no site (acesso em: jan. 2013), do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Segundo o IBGE, atlas é um conjunto de mapas e cartas geográficas, mas o termo se aplica também a um conjunto de dados sistematicamente organizados sobre determinado assunto. O uso de atlas é importante como fonte de informações, apoio à aprendizagem e à realização de pesquisas. Se for possível, antes de prosseguir com o texto deste capítulo, explore duas explicações interativas disponíveis no site do do IBGE: • O que é Cartograf ia?

• Sistema de Posiciona Posicionamento mento Global (GPS)

. (Acessos em: jan. 2013.)

2. A hipótese Gaia Em 1916, o cientista T. C. Chamberlin explicou com a seguinte frase a importância da interação dos seres vivos com o meio ambiente: “O mais importante reside em convencer tantas pessoas quanto pudermos de que a nossa Terra não é um planeta morto, mas um organismo vivo e ativo”. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

35

Posteriormente, em 1979, James E. Lovelock (1919-) publicou o livro Gaia: a new look at life on Earth (Gaia: uma nova maneira de se ver a vida na Terra), em que formula a hipótese Gaia, nome escolhido com base na mitologia grega, pois Gaia era a deusa da Terra, mãe de todos os seres vivos. Segundo essa hipótese, que teve grande apoio e colabora colabora-ção da cientista Lynn Margulis (1938-2011), a Terra deve ser compreendida como um imenso organismo vivo, capaz de obter energia para seu funcionamento e capaz de se autorregular, como fazem os seres vivos. Essa hipótese propõe que os seres vivos são capazes de modificar o ambiente físico, tornando-o mais adequado à sobrevivência. Assim, a Terra seria um planeta cuja vida controla a manutenção da própria vida. Um dos exemplos dados para reforçar essa interpretação refere-se à composição de gases da atmosfera terrestre, em que o alto teor de O 2 e o baixo teor de CO2 só são mantidos pela fotossíntese; portanto, sem a atuação dos organismos fotossintetizantes não haveria possibilidade de manutenção da maioria das formas de vida que existem hoje na Terra. Terra. O quadro mostrado ao lado (fig. 2.2) compara a composição atual da atmosfera na Terra com a provável composição, caso não houvesse vida.

Atmosfera

Terra sem vida

Terra atual

CO 2

98 %

0,03%

N2

1,9%

79 %

O2

Traços

20%

Figura 2.2. Tabela com a composição co mposição atual da atmosfera at mosfera da Terra

e com a provável composição da atmosfera terrestre sem vida. Fonte: ODUM, E. P. Ecologia Ecologia.. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. p. 16.

Segundo a hipótese Gaia, a atmosfera terrestre não desenvolveu a capacidade de sustentar a vida apenas pela interação de forças físicas, surgidas ao acaso, para depois a vida evoluir, adaptando-se às condições ambientais que já existiam. Na verdade, a própria vida interferiu na composição da atmosfera, tornando-a mais adequada à sobrevivência dos organismos. Essa hipótese causou grande impacto nos meios científicos, tendo recebido severas críticas de alguns cientistas cien tistas e apoio de outros. Apesar das discussões calorosas que geralmente ocorrem quando se fala em hipótese Gaia, ela carrega uma mensagem metafórica muito importante: a Terra pode ser vista como um organismo, em que os seres vivos e o meio ambiente formam sistemas inter-relacionados e inseparáveis.

3. A atmosfera e o efeito estufa A atmos atmosfera fera pode ser divi dividida dida em quatr quatro o camadas principais: a troposfera, a estratosfera, a mesosfera e a termosfera. O limite de cada uma dessas camadas é definido pela mudança abrupta da temperatura média (fig. 2.3).

A terceira camada da atmosfera é a mesosfera, caracterizada pela diminuição da temperatura em função da altitude. Na quarta camada, a termosfera, há novamente elevação da temperatura com o aumento da altitude, pois as poucas moléculas aí presentes absorvem radiação solar de alta energia, ocorrendo sua conversão em energia térmica. A atmosfera é fundamental para a biosfera, pois, além de conter gases essenciais para a vida, impede que a Terra perca calor, atuando como um “cobertor” ou como uma estufa. É por isso que se fala em efeito de cobertura ou efeito estufa da da atmosfera.

A troposf t roposfera era é a camad camadaa mais m ais próxi próxima ma da superfície terrestre e a que apresenta a maior parte das moléculas de gases da atmosfera. É nela que encontramos as proporções de 78% de gás nitrogênio (N 2), 21% de gás oxigênio (O 2), 0,03% de gás carbônico (CO 2) e aproximadamente 0,3% a 0,4% de vapor-d’água. Na troposfera é onde ocorrem os principais fenômenos climáticos. Essa camada é caracterizada pela diminuição da temperatura em função Temperatura Altitude (°C) (km) da altitude. Termosfera Acima da troposfera localiza-se localiza-s e a estratos80 fera, camada rica em ozônio (O 3), gás que se Mesosfera forma com a quebra de moléculas de gás oxi50 gênio (O2) pela energia radiante e posterior reorganização dos átomos em moléculas de Estratosfera O3. Ele é o principal gás responsável pelo au0 10 mento da temperatura que se verifica nessa -80 -60 -40 -20 20 40 Troposfera camada à medida que aumenta a altitude. O ozônio absorve a maior parte da radiação ultravioleta do Sol, que é convertida em energia Figura 2.3. Perfil térmico tér mico e principais divisões da atmosfera: troposfera, térmica. estratosfera, mesosfera e termosfera. 36

Professor(a), a leitura desse gráfico deve ser incentivada e, de preferência, feita com sua orientação. UNIDADE 1 • O mundo em que vi vemos

Z O R R A P A C O I D U T S

Efeito estufa e aquecimento Professor(a), veja mais orientações no Manual. Você mesmo pode fazer um experimento simples, a fim de testar a hipótese de que a ocorrência do efeito estufa depende do material que recobre a superfície. Para isso, vamos simular o que ocorre em uma estufa de plantas, que utiliza o vidro para manter a radiação infravermelha em seu interior. Materiais

• 1 termômetro;

• 1 placa de vidro transparente, pouco maior

que a tampa da caixa de sapato;

• 3 caixas de sapato de mesmo tamanho; • areia seca;

• lme plástico transparente.

Procedimento

1. Faça um furo na lateral de cada caixa, próximo ao fundo, com tamanho suficiente para a introdução do termômetro.

Coloque o termômetro (fig. 2.4).


Figura 2.4. Esquema

para montagem das caixas com termômetro.

2. Cubra o fundo das 3 caixas com a areia seca de modo que o termômetro fique coberto pela areia. 3. Deixe uma das caixas sem cobertura (caixa 1). Cu bra a segunda caixa com filme plástico, de forma a não deixar frestas

que permitam a ventilação. Cubra a terceira caixa com a placa de vidro, cuidando também para que não haja frestas. A montagem deve ficar parecida com o esquema a seguir (fig. 2.5). C aixa 1

C ai x a 2


C ai x a 3

Figura 2.5. Esquema

de montagem do experimento.

4. Coloque as 3 caixas sob o sol, lado a lado, e meça a temperatura interna de cada uma delas, em intervalos de 5 minutos, durante pelo menos meia hora. Assegure-se de que a medida no termômetro tenha se estabilizado antes de registrar a temperatura. Todas Todas as medidas deverão ser organizadas em uma tabela, como a mostrada na figura 2.6. 5. Terminada a coleta de dados, utilize as informações da tabela para construir um gráfico de linhas que represente a variação de temperatura em função do tempo nas 3 caixas. Figura 2.6. Tabela para organização das

medidas extraídas do experimento.

Tempo

Caixa 1 Caixa 2 (sem cobertura) (filme plástico)

Caixa 3 (vidro)

Início 5 min 10 min

Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

37

Questões

sem cobertura? 1. Nesse experimento, qual é a função da caixa sem ficou mais aquecido? 2. Em qual caixa o interior ficou 3. A hipótese foi corroborada? O resultado será mais confiável caso você replique (isto é, repita) o experimento algumas vezes, calculando as temperaturas médias em cada momento observado. Isso se justifica porque pode ocorrer uma condição imprevista em uma das caixas que altere o resultado, levando a conclusões erradas. Pode acontecer também de algo imprevisto ocorrer simul ta tanea neamente mente nas 3 caixas, levando a uma falha de toda a experimentação. Discuta em classe como esse experimento poderia ser melhorado. Os principais componentes da atmosfera que contribuem para o efeito estufa são o gás carbônico, o gás metano e o vapor-d’água. A luz solar é a principal fonte de energia para a Terra. Ela é composta de um amplo espectro de radiação eletromagnética com diferentes comprimentos de onda, como mostra a figura 2.7. Apenas parte da radiação rad iação solar forma a luz lu z que é visível aos nossos olhos, com os compriment comprimentos os de onda correspondentes às sete cores, na seguinte ordem crescente de energia: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. A radiação ultravioleta é a que promove o bronzeamento de nossa pele e cujo excesso pode causar câncer de pele. Quando pensamos em efeito estufa, a radiação responsável pelo aquecimento é a infravermelha. Vamos ver como isso acontece. Professor(a), no site há um material interativo para explicar o espectro da luz solar. Apesar de estar em inglês, as imagens são bastante explicativas.

Luz visível

O I D U T S A R A P

Ultravioleta

O I D U T S E

Infravermelho

Micro-ondas

Raio X

Ondas de rádio

Ondas gama

Aumento no comprimento de onda

Aumento no nível de energia

Figura 2.7. Esquema do espectro da luz lu z solar, indicando de forma esquemática os comprimentos de

onda e os níveis de energia.

Parte da radiação solar que chega à atmosfera volta para o espaço, refletida principalmente pelas nuvens. A luz solar que atinge a superfície terrestre é em grande parte absorvida pelo solo, pela água e pelos seres vivos. Essas superfícies aquecidas emitem de volta para a atmosfera radiação infravermelha, sendo a maior parte dela absorvida pelos gases do efeito estufa. A atmosfera impede, im pede, assim, que o calor se dissipe completamente, evitando o resfriamento da Terra. Só pequena quantidade da radiação infravermelha retorna para o espaço (fig. 2.8). Fenômeno semelhante ocorre em uma estufa: o vidro da estufa é transparente à energia luminosa do Sol; 38


essa energia é absorvida pelas plantas e pelo solo e reirradiada como infravermelho; o vidro retém parte desses raios dentro da estufa (fig. 2.9). Conhecendo-se a importância da atmosfera para o equilíbrio térmico da Terra, pode-se supor que a modificação em sua composição pode afetar a vida no planeta. O aumento da concentração de CO 2 na atmosfera, decorrente da queima de combustíveis fósseis (como gasolina e óleo diesel ), ), pode provocar elevação da temperatura média, pois esse gás acentua o efeito estufa. Esse processo é conhecido como aquecimento global, assunto que será discutido no capítulo 6 desta unidade.

O D R A K C I R

Parte da radiação refletida atravessa o vidro e parte fica retida, promovendo o aquecimento da estufa.

Radiação solar O D R A K C I R

Parte da energia é refletida para o espaço.

A Terra é aquecida pela radiação infravermelha refletida pela superfície.

Reflexão

A energia solar chega à superfície da Terr Terra, a, atravessando a atmosfera.

Os gases do efeito estufa da atmosfera, como o CO 2, aprisionam parte da radiação in fraverm fravermelha, elha, o que favorece o aquecimento da Terra.

Figura 2.9.

Esquema mostrando o aquecimento do ar dentro de uma estufa de plantas. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Figura 2.8. Esquema mostrando como ocorre o aquecimento da t roposfera. (Elementos representados em

diferentes escalas; cores-fantasia.)

4. Os grandes padrões climáticos Os grandes padrões climáticos estão relacionados a dois fatores básicos: •

•

variação da energia solar recebida pela Terra em função da latitude; movimentos de rotação e de circunvolução ci rcunvolução da Terra. Terra.

A interação desses desse s fatores determina determ ina os principais princip ais padrões gerais de distribuição da temperatura, da circulação de ar e da incidência de chuvas no planeta. Determina, enfim, os padrões climáticos, que, por sua vez, interferem nos padrões de distribuição dos organismos na superfície terrestre. Os raios solares aquecem a superfície da Terra e o ar próximo a ela se expande e diminui sua densidade. Sendo menos denso, o ar aquecido sobe; e por ser aquecido tem sua capacidade de reter vapor de água aumentada, o que acelera a evaporação da água presente em solos, lagos, rios e mares. Enquanto sobe, o ar se expande ainda mais, devido à redução da pres-

são atmosférica. Como na troposfera a temperatura diminui com o aumento da altitude, o ar resfria-se. Isso causa a condensação do vapor de água contido nele e formam-se as nuvens e/ou chuvas. O ar, agora resfriado, é mais denso e desce. Ao chegar próximo à superfície terrestre, sofre aquecimento, dando início a outro ciclo. A quantidade de vapor de água na atmosfera é denominada umidade do ar. A umidade do ar é fator determinante na redução dos contrastes entre temperaturas diurnas e noturnas. Em regiões desérticas, a umidade do ar é baixa. Assim, como durante o dia o ar é aquecido por transferência térmica direta do solo, ao chegar a noite a ausência de nuvens e de vapor de água permite a rápida dissipação do calor e a temperatura cai drasticamente. Vamos pensar, agora, no que acontece em grande escala, considerando o globo terrestre como um todo. Para isso, realize a proposta a seguir. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

39

No Manual, é proposto um complemento para a atividade de observações e reflexões sobre o que determina as diferenças entre estações do ano. Se possível, orientar os alunos para a realização dele.

Será que os raios solares atingem a Terra Terra em todos os pontos com a mesma intensidade? Para responder a essa pergunta, vamos realizar a seguinte simulação, que deve ser feita em grupo. Nessa simulação, os tamanhos dos objetos e as distâncias não serão proporcionais às reais. Um exemplo do que estamos falando é o diâmetro do Sol em relação ao diâmetro da Terra. Terra. Segundo o site (acesso em: jan. 2013), o diâmetro do Sol é de cerca de 1 400 000 km, e o da Terra Terra é de 13 000 km. Se o Sol fosse representado por uma bola de futebol, a Terra Terra deveria ser representada por uma semente de mamão. R E I V A X A N I T S I R C

Materiais • 1 cartolina; • tesoura de ponta arredondada; arredondada; • globo terrestre, como o mostrado na figura 2.10. O eixo da Terra é inclinado em relação ao plano de sua órbita ao redor do Sol. O ângulo de inclinação é de pouco mais de 23º 27’; • 1 fonte de luz para simular o Sol, como uma lanterna ou, se preferir, uma fonte de luz montada por você. Para isso, você vai precisar de 2 pilhas comuns de 1,5 V, V, 2 pedaços de 30 cm de fio elétrico, fita crepe e 1 lâmpada de 3 V. Veja a figura 2.11. Esta montagem é um exemplo de circuito elétrico, cujo funcionamento é explicado pela eletrodinâmica, na disciplina de Física. Seus componentes básicos são o gerador (pilhas), os condutores (fios) e a resistência (lâmpada).

Figura 2.10. 2.10. Globo Globo terrestre. A R U O M S Í U L

Procedimento Na cartolina, recorte bem no centro uma janela quadrada de 1 cm de lado. Em um ambiente escuro, posicione essa cartolina a cerca de 20 cm da fonte de luz. Coloque o globo entre eles, a 10 cm de cada um. Mova a cartolina de modo a fazer com que a luz incida sobre a região do equador (situação A). Depois, mova a cartolina novamente para que a luz incida sobre a região polar (situação B). Atividades

Fita adesiva

Figura 2.11 2.11.. Esquema mostrando uma fonte de luz construída para a ativ idade.

e B, o que acontece com a região iluminada? Explique sua resposta. 1. Comparando as situações A e maior? Justifique sua resposta. 2. Em qual das duas áreas iluminadas a temperatura da superfície seria maior? cartolina lentamente desde a região do equador até a região polar norte e depois sul e descreva o que 3. Agora, mova a cartolina acontece com a área iluminada em cada situação. 4. Coloque a cartolina em uma posição fixa, mas que ilumine a região equatorial do globo. Gire lentamente o globo ter-

restre em torno de seu eixo, no sentido anti-horário (ou de Oeste para Leste), simulando o movimento de rotação da Terra, que determina a duração do dia e da noite. Quais regiões do planeta ficaram iluminadas? A área iluminada foi a mesma em cada região? Explique. Terra, que é o movimento dela ao redor do Sol, com duração de 5. Agora, vamos simular o movimento de translação da Terra, 365 dias e 6 horas (como no calendário o ano tem 365 dias, compensam-se as 6 horas de 4 em 4 anos, acrescentando um dia a mais no mês de fevereiro, no chamado ano bissexto). No sentido anti-horário, mova lentamente apenas o globo ao redor da fonte de luz, mas sem fazer o movimento de rotação do globo, como mostra a figura 2.12. Essa

40


figura também mostra as datas importantes relacionadas às estações do ano. A órbita da Terra é uma elipse muito próxima a uma circunferência. Professor(a), veja mais informações no Manual. 1 20-21 de março

8

2

3

7

21-22 de junho

21-22 de dezembro

A R I E D L A C R E T L A W

4

6

Figura 2.12 2.12.. Esquema da Terra girando ao

5 22-23 de setembro

redor do Sol. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Ao longo desse movimento de translação, a área do globo que recebe mais luz é sempre a equatorial? Explique. v ocê chega, 6. Agora, realize ao mesmo tempo os movimentos de rotação e de translação da Terra. A que conclusões você visando responder à pergunta inicial?

7. Após entender todo esse processo, reproduza em seu caderno o esquema mostrado na gura 2.12. Vamos usá-lo para falar das estações do ano. Para isso, associe as seguintes descrições aos locais a que elas se referem no esquema: •

Situação 1 – Equinócio, palavra que signica “noites iguais” (20-21 de março): os raios solares atingem

perpendicularmente a Terra Terra no equador equador.. Os hemisférios Sul e Norte ficam igualmente iluminados, mas os polos praticamente não recebem luz. Tem Tem início o outono no hemisfério Sul e a primavera no hemisfério Norte. •

Situação 2 – Os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais

próximos do Trópico de Câncer. •

Situação 3 – Solstício, palavra que signica “Sol parado” (21-22 de junho): os raios atingem perpendicular-

mente a Terra no Trópico de Câncer; nesse dia, o Círculo Polar Ártico fica iluminado todo o tempo, marcando o início do inverno no hemisfério Sul e do verão no hemisfério Norte. •

Situação 4 – Os raios vão aos poucos atingindo a Terra Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais próximos

do equador. •

Situação 5 – Equinócio (22-23 de setembro): os raios do Sol atingem perpendicularmente a Terra Terra no equador.

Os hemisférios Norte e Sul ficam igualmente iluminados, mas os polos praticamente não recebem luz. Tem início a primavera no hemisfério Sul e o outono no hemisfério Norte. •


próximos do Trópico de Capricórnio. •

Situação 7 – Solstício (21-22 de dezembro): os raios solares atingem perpendicularmente a Terra Terra no Trópico

de Capricórnio; nesse dia, o Círculo Polar Antártico fica iluminado todo o tempo, marcando o início do verão no hemisfério Sul e do inverno no hemisfério Norte. •

Situação 8 – Os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra Terra perpendicularmente em latitudes cada vez mais

próximas do equador equador.. A atividade realizada propicia que o aluno entenda melhor como ocorrem as estações do ano. O esquema em 2D, representado no livro e o que o aluno vai reproduzir no caderno, pode levar a erros. Assim, discuta discuta bem esse assunto com eles. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

41

O aquecimento diferencial da Terra em função da latitude, associado ao movimento de rotação e de translação da Terra, determina em grande extensão a localização das principais zonas climáticas: a polar, a temperada e a tropical, que são importantes no estabelecimento dos grandes padrões de distribuição dos seres vivos. Esse aquecimento diferencial determina também os grandes padrões de circulação do ar. Em 1735, o meteorologista inglês George Hadley propôs o modelo celular de circulação atmosférica , modificado posteriormente pelo meteorologista norte-americano William Ferrél no século 19. Segundo esse modelo, a circulação atmosférica ocorre por meio de três tipos de células em cada hemisfério, que são simétricas em relação ao equador. Posteriormente, verificou-se que essa simetria ocorre apenas no outono e na primavera. Entre o equador e a latitude de 30° Norte e Sul formam-se duas células de circulação, chamadas células (fig. 2.13). Vamos acompanhar uma delas. de Hadley (fig. Em seu ramo inferior, próximo à superfície terrestre, o ar flui em direção ao equador. Nesse percurso, o ar sofre aquecimento e adquire umidade, formando os chamados ventos alísios. Perto do equador, esse ar aquecido e rico em vapor-d’água sobe, criando áreas de baixa pressão, onde se formam as calmarias. Ao subir, ele se expande, sofre resfriamento e o vapor se condensa, dando origem a precipitações intensas. O ramo superior dessa célula transporta, agora, uma massa de ar relativamente fria e sem umidade. Em torno dos 30° de latitude, esse ar seco desce e é responsável pelos grandes desertos encontrados ao redor dessa latitude (fig. 2.14).

Entre 30° e 60°, também ao norte e ao sul, formam-se outras duas células de circulação chamadas células de Ferrél, onde o ar aquecido sobe ao redor dos 60 0 de latitude. Em geral, nas regiões de ar descendente há poucas chuvas e nas de ar ascendente há maior pluviosidade. Finalmente, entre 60° e 90°, também no norte e no sul, formam-se as células polares. Essa dinâmica da atmosfera, além de estabelecer padrões climáticos, permite a transmissão vertical e horizontal da energia térmica, impedindo o superaquecimento das regiões tropicais nos meses mais quentes e o excessivo resfriamento das regiões temperadas e polares nos meses mais frios. Células de Ferrél

Células de Hadley

60º N A R U O M S Í U L

30º N Equador

30º S

Figura 2.13. Esquema mostrando as células de circulação

atmosférica. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Ar seco e frio Célula de Hadley

Célula de Hadley

Ar seco é aquecido conforme desce

Chove quando o ar quente e úmido resfria

Ar aquecido sobe Ar absorve umidade

Zona árida 30º

Ar absorve umidade

Equador

Zona árida 30º

Figura 2.14. Detalhe da circulação do ar entre o equador e as latitudes 30º N

e 30º S, mostrando as duas células de Hadley. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.) 42



Colocando em foco: o perigo da destruição da camada de ozônio A barreira natural formada pela camada de ozônio contra os raios ultravioleta é fundamental para a manutenção da vida na Terra (fig. 2.15). O excesso desse tipo de radiação é nocivo, pois está relacionado à indução de mutações, que são alterações no material genético. Nos seres humanos, por exemplo, esses raios podem favorecer o desenvolvimento de câncer de pele. A camada de ozônio vem sendo progressivamente destruída, principalmente pela ação de gases conhecidos por clorofluorcarbonos, também denominados CFCs, usados em sprays (aerossóis), condicionadores de ar, geladeiras, espumas plásticas, componentes eletrônicos e outros produtos. Existem cálculos que estimam em 75 anos a vida útil dos CFCs e em cerca de 100 mil o número de moléculas de ozônio que podem ser destruídas por um único átomo de cloro da molécula de CFC. Em função do comportamento das massas de ar na atmosfera, houve maior concentração concentração desses gases em certas regiões, causando maior destruição da camada de ozônio nesses lugares. A maior delas fica sobre a Antártida, onde a camada de ozônio tornou-se menos espessa, formando o que ficou conhecido por “buraco na camada de ozônio”. Com a crescente redução da emissão dos CFCs, espera-se que até o final da década de 2040 esse “buraco” esteja bem menor.

K C O T S N I T

A L

/

L

P

S

/

A

S

A

N

Figura 2.15. Imagem de satélite colorida

representando a espessura da camada de ozônio no hemisfério Sul da Terra, em 13 de setembro de 2007. As linhas são meridianos convergindo no Polo Sul. As menores espessuras estão representadas em roxo. As áreas em roxo têm sua camada de ozônio cerca de 40% mais delgada que o normal. O termo “buraco na camada de ozônio” refere-se a essa par te mais delgada.

5. O efeito da altitude no clima Os grandes padrões climáticos sofrem alterações locais em função de outros fatores, como a altitude. A cada 200 m de alti altitude tude,, a temperatura cai aproximadamente 1 °C e há modificação no regime de chuvas. Assim, em regiões montanhosas mais altas, as temperaturas são mais baixas, mesmo que estejam próximas ao equador. O monte Kilimanjaro, por exemplo, localizado na África, está exatamente sobre o equador, mas, pelo fato de ser muito alto, apresenta neve cobrindo seu cume (fig. 2.16).

K C O T S N I T A L / S I B R O C / C L L I L D

Figura 2.16 2.16.. O monte Kilimanjaro

(Quênia), localizado na região equatorial, ilustra o efeito da altit ude sobre o clima. Em seu cume, as condições assemelham-se às que seriam encontradas em terr as baixas em latitudes maiores. Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

43

6. O efeito dos oceanos no clima Outro fator de fundamental importância na manutenção do equilíbrio térmico na Terra são os oceanos. O aquecimento dos oceanos acontece de forma diferente daquela descrita para a troposfera. Enquanto a troposfera é aquecida de baixo para cima, os oceanos são aquecidos da superfície para o fundo. A energia solar sol ar que incide sobre os oceanos ocea nos é parcialmente transformada em calor, que é refletido ou transmitido, principalmente por meio da turbulência gerada pelas ondas, para as camadas de água mais profundas (até cerca de 100 m de profundidade). Além da distr distribui ibuição ção verti vertical cal do calo calorr até cer cerca ca de

100 m de profundidade, as correntes oceânicas redistribuem horizontalmente o calor absorvido, transferem esse calor para a atmosfera, determinando alterações locais no clima, como explicado no mapa a seguir (fig. 2.17). Nos oceanos, a variação diária da temperatura é geralmente inferior à que ocorre no continente. Além disso, d isso, ele s retêm mais calor c alor e se s e aquecem aquec em mais mai s lentamente que o solo terrestre. Por conta disso, os oceanos contribuem de modo efetivo na moderação do clima, uma vez que a reserva de calor nas águas adquirida nos meses mais quentes é, em parte, dissipada nos meses mais frios.

Correntes oc eânica eânicas s A D I H S O Y O I R A M

OCEANO GLACIAL ÁRTICO 0º a e d d i a e t n r re l â â n C o r o e n o o d x i c G e e

CÍRCULO POLAR ÁRTICO

t é en Corr d o M o o f f l G o

Corrente do Labrador

Corrente da Califórnia

TRÓPICO DE CÂNCER

EQUADOR

te - - e q e e u q a u t r ent e N or t C or r to r i i a l l e S u e a i r o l - e e quat

o r i

a l

C

o

C o r r e

G o ol f

o d

r

r

e

n t e d o

n

OCEANO ÍNDICO

a G

u i n é

l i s

t e

N o r rt e e - e -e

q u q ua t a r ia l or i t o

B

e

n t r e

d o

o r C

d l

b o

t e d e H u m

e

s and s Falkl

CÍRCULO POLAR ANTÁRTICO C N

r a l or i l quat o

a l r i a

g n e

e

d

t e

C

A u

d a t e n e r r

B

H C O I N W A N I E D I E R R E G M E D

l i ia

r á s t

C

u

OCEANO ATLÂNTICO

n e r r o

das n te orre

e n o r r

l

r

0º

o o nt n t e S u ul l - - e qua t

ul-e

te S

a

a

t

0

OCEANO PACÍFICO

C

C o r r e

OCEANO PACÍFICO

C o r r e n

o d

e t n e r r o

Corrente Norte-equatorial C o r r e n t e d e S u ul - a G u i nas r ent e Cor r a e q u a t

C o r rr e n nt t

TRÓPICO DE CAPRICÓRNIO

o p ã J a

OCEANO ATLÂNTICO

o C n Corre

ár t t á r i ic a t e d a An t a

2 390 km

Corrente fria

Fonte: Atlas

Corrente quente

mundial Melhoramentos. São Paulo: Melhoramentos, 1999.

Figura 2.17. Mapa 2.17. Mapa mostrando as pr incipais correntes oceânicas superfic iais, as quais exercem profundo efeito sobre o clima. A corrente do Golfo do Méx ico, que é quente, propicia temperaturas mais moderadas na Europa do que as da América do Norte, em latitudes semelhantes. A cost a do Brasil recebe influência da corrente do Brasil, que é quente. A corrente de Humboldt, de águas frias, relaciona-se com temperaturas mais baixas na costa ocidental da América do Sul.

Colocando Colocan do em foco : El Niño e La Niña e sua ação no clima

O que é El Niño? É um fenômeno climático de escala global caracterizado pelo aquecimento acima do normal das águas superficiais do Oceano Pacífico Pacífico Equatorial, que se estende desde a costa oeste da América do Sul (próximo ao Peru e Equador) até aproximadamente a Linha Internacional de Data (longitude de 180°). Este aquecimento anormal é geralmente observado no mês de dezembro, ou seja, próximo ao Natal. Dependendo da intensidade e duração do aquecimento da água do mar, os episódios de El Niño podem 44

UNIDADE 1 • O mundo em que vivemos

ser classificados classificados como fracos, moderados e fortes. fortes. Normalment Normalmentee eles ocorrem em intervalos intervalos irregulares de 3, 7 e 12 anos, podendo durar de 12 a 18 meses. A figura 2.18 ilustra os efeitos causados pelo El Niño em todo o continente Sul-americano. Região Norte

Nesta região, o El Niño provoca redução de chuvas nos setores norte e leste da Amazônia. Uma das consequências deste efei to é o aumento significativo dos incêndios florestais.

Colômbia, Venezuela, Suriname, Guiana e Guiana Francesa 0º

As chuvas nestas regiões são reduzidas, com excecão da costa da Colômbia, que recebe chuvas intensas durante o verão (dez.-mar.).

Região Nordeste

Em anos de El Niño são esperadas secas de diversas intensidades durante a estação chuvosa, de fevereiro a maio, na faixa centro-norte da região. Algumas áreas, como sul e oeste do Nordeste, Nordest e, não são afetadas significativamente.

Equador, Peru, Bolívia e Chile

Na costa ocidental da América do Sul, as chuvas se concentram nos meses de verão (dez.-mar.), principalmente na costa do Equador e norte do Peru, enquanto nas regiões central e sul do Chile os maiores índices pluviométricos ocorrem nos meses de inverno (jun.-set.). Por outro lado, nas regiões andinas do Equador, Peru e Bolívia, observa-se redução das precipitações.

Região Centro-Oeste

As precipitaçõesa desta região não apresentam alterações muito evidentes; contudo, existe uma tendência de que essas chuvas fiquem acima da média histórica, com temperaturas mais altas no sul do Mato Grosso. Região Sudeste

O padrão das chuvas na região Sudeste não sofre alterações durante um evento de El Niño; contudo, é observado um aumento moderado das temperaturas durante o inverno.

Argentina, Paraguai e Uruguai

Nestas regiões, durante um episódio de El Niño, as precipitações ficam acima da média climatológica, principalmente na primavera (set.-dez.) e verão (dez.-mar.).

Região Sul

Nesta região, as precipitações são abundantes, principalmente na primavera (set.-dez.) e nos meses de maio a julho. Aumento da temperatura do ar é observado.

N

0

A D I H S O Y O I R A M

500 km

Figura 2.18. Efeitos do fenômeno El Niño na América do Sul.

Fonte: Centro Estadual de Meteorologia da Bahia.

Circulação de Grande Escala durante o fenômeno El Niño A Circulação de Grande Escala Escala é responsável por todo o clima na Terra. Terra. É esta circulação circulação que trans porta calor e umidade de uma região para outra, ou seja, retira a umidade de uma região como os oceanos e florestas e provoca chuvas em outras, a exemplo do Nordeste do Brasil. Com a ocorrência do fenômeno El Niño Niño a Circulação de de Grande Escala é modificada, modificada, provocando provocando mudanças no clima em difediferentes regiões do Planeta, como aumento no volume das chuvas na costa do Peru e sul do Brasil e secas nas regiões Norte e Nordeste do Brasil. (...) anomalias climáticas associadas ao fenômeno El Niño são desastrosas e provocam sérios pre juízos socioeconômicos e ambientais.

O que é La Niña? La Niña representa um fenômeno oceânico-atmosférico com características opostas ao El Niño, ou seja, apresenta um esfriamento anormal nas águas superficiais do Oceano Pacífico Tropical. Este termo La Niña (que quer dizer “a menina”, em espanhol) também pode ser chamado de episódio frio, ou ainda El Viejo (“o velho”, em espanhol). Algumas pessoas chamam o La Niña de anti-El Niño, porém como El Niño se refere ao menino Jesus, o anti-El Niño seria então o Diabo e, portanto, esse termo é pouco utilizado. O termo mais utilizado hoje é: La Niña. (...) Em geral, os episódios La Niña também têm frequência de ocorrência em torno de 2 a 7 anos e seus episódios têm periodicidade de aproximadamente a proximadamente 9 a 12 meses. Alguns poucos episódios persistem por mais que 2 anos. (...) Texto ex traído de : < www.in www.inga.ba.gov ga.ba.gov.br/cem .br/cemba/modules/conteudo/in ba/modules/conteudo/index.php?conten dex.php?content_id t_id =76> e . p?content_id=75>. Acessos em: dez. 2009.

Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

45

Ecologia Urbana Quando pensamos em Ecologia, podemos associar uma ideia errônea de que essa ciência se preocupa apenas com os ambientes não urbanos. Há, no entanto, uma área dentro da Ecologia que se chama Ecologia Urbana. Para falar um pouco sobre esse importante assunto, selecionamos trechos de um artigo escrito por Claudia Maria Jacobi, professora e pesquisadora da Universidade Federal de Minas Gerais. Sugerimos sua leitura na íntegra, pois os trechos aqui selecionados se referem somente a conteúdos mais próximos aos abordados no capítulo.

O sistema urbano é um ecossistema? Alguns consideram as cidades como ecossistemas “ por estarem sujeitas aos mesmos processos que operam em sistemas silvestres. Outros argumentam que, a despeito de as cidades possuírem algumas características encontradas em ecossistemas naturais, não podem ser consideradas ecossistemas verdadeiros, devido à influência do homem. O fato é que se definirmos ecossistema como um conjunto de espécies interagindo de forma integrada entre si e com o seu ambiente as cidades certamente se encaixam nessa definição. As grandes cidades e outras áreas povoadas estão repletas de organismos.. O construtor destes hábitats artificiais organismos é o homem, mas uma infinidade de outras criaturas aproveitam e se adaptam a esses novos hábitats recém-criados. Os organismos urbanos, incluindo o homem, também se relacionam com outros organismos e essas interações podem ser estudadas, sob o ponto de vista conceitual, da mesma forma que relações ecológicas de ecossist ecossistemas emas naturais. (...)

O microclima urbano As estruturas urbanas e a densidade e atividade dos seus ocupantes criam microclimas especiais. A pedra, o asfalto e outras superfícies impermeáveis que substituem a vegetação têm uma alta capacidade de absorver e reirradiar calor. A chuva é rapidamente escoada antes que a evap oração consiga esfriar o ar. O calor produzido pelo metabolismo dos habitantes e aquele gerado pelas indústrias e veículos ajudam a aquecer a massa de ar. Estas atividades também liberam na atmosfera vapor, gases e partículas em grandes quantidades. Estes processos geram uma região de calor sobre as cidades onde a temperatura pode ser até 6 ºC mais alta do que no ambiente circundante. Este fenôme46


no é mais marcante no verão em áreas temperadas, quando os prédios irradiam o calor absorvido. As cidades recebem menos radiação solar que áreas rurais adjacentes pois parte desta é refletida por uma camada de vapor, dióxido de carbono e matéria particulada. Esta mesma camada faz com que a radiação emitida pelo solo seja refletida de volta para a Terra. As partículas no ar agem também como núcleos de condensação de umidade, produzindo um nevoeiro conhecido como smog (do (do inglês + fog = = fumaça + nevoeiro), a principal forma smoke + de poluição do ar. (...) Grandes cidades geralmente sofrem diariamente as consequências do smog . Aquelas sujeitas a smog industrial industrial são chamadas de cidades de ar cinza e caracterizadas por um clima temperado, com invernos frios e úmidos. (...) As cidade cidadess sujeita sujeitass a smog fotoquímico (de ar marrom) geralmente têm clima mais quente e seco, e a maior fonte de poluição é a combustão incompleta de derivados de petróleo, o que favorece a formação de dióxido de nitrogênio, um gás amarelado. Na presença de raios ultravioleta este gás reage com hidrocarbonetos, formando uma série de poluentes gasosos conhecidos como oxidantes fotoquímicos. A maioria das grandes cidades sofre de ambos os tipos de smog . (...)

Problemas ecológicos das grandes áreas urbanas Alguns dos aspectos (...), (...), como como a importação de alimento e energia, são comuns a qualquer centro urbano, independentemente do seu tamanho. Outros, no entanto, acontecem de forma problemática somente nas grandes cidades. Entre estes últimos, foram mencionados a poluição do ar e o destino dos resíduos sólidos. A construção desordenada em áreas de risco e as deficiências no saneamento básico também afetam de modo mais drástico as grandes cidades. (...) Devido à forte ligação dos organismos urbanos com o homem, é necessário um envolvimento mais efetivo das ciências naturais com as sociais para integrar os conceitos ecológicos ao processo de planejamento urbano. (...)

Ecologia urbana , de” Claudia Maria Jacobi, Jacobi, Instituto Instituto de Biociências/UFMG. Disponível em: . Acesso em: ago. 2012.

1. Tomando por base esse texto e outras fontes de consulta sobre o tema Ecologia Urbana, analise

a cidade onde mora e procure investigar se a temperatura do ar é mais alta em áreas com muitas construções e ruas r uas asfaltadas, sem arborização, do que em áreas arborizadas. Explique seus dados. 2. Cite o nome de animais que vivem na sua cidade. Esses animais foram introduzidos pelas pessoas

que aí vivem ou são animais que também ocorrem nos arredores da cidade? Para cada animal que você citou, diga como ele obtém alimento. 3. Consulte em diferentes fontes, textos que enumerem alguns problemas comuns nas grandes cidades

(qualidade e distribuição de água, destinação dos esgotos, coleta e destinação do lixo, poluição poluição do ar, transporte, distribuição de alimentos, entre outros). Reflita sobre o que você proporia para resolver esses problemas se fosse vereador de sua cidade. Para isso, certifique-se de que você sabe qual é o papel do vereador. Em seguida, faça um levantamento dos problemas que sua cidade enfrenta quanto aos aspectos listados no texto e pense em soluções. Essas questões têm como objetivo maior trabalhar temas de ética e cidadania com os alunos, trazendo assuntos de política pública do local onde eles vivem. Aproveite a oportunidade para evidenciar como os conhecimentos científicos são importantes para todos, desde os políticos até os cidadãos comuns. Um texto interessante está disponível no site : . programa-5-ecologia-urbana-o>. Acesso em maio 2013.

Retome suas respostas para as questões da seção Pense nisso e procure reavaliá-las. Como deve variar o clima ao longo do ano no Atol das Rocas? Como você explicaria as diferenças e as semelhanças entre o clima do atol e o da sua cidade?

Professor(a), veja no Manual as competências estabelecidas pelos PCNEM que podem ser encontradas nas atividades a seguir seguir..

Atividade 1: Aquecimento global – abordagem histórica em diferentes escalas temporais Habilidades do Enem: H1, H3, H4, H21, H22, H24, H26, H27.

Analise os gráficos a seguir seguir,, lendo atentamente a legenda de cada um deles, e resolva as questões propostas.

Gráfico 1

a) Com as informações informações do gráfico 1, 1, responda:

8 000 7 000 ) m p p (

o c i r é f s o m t a 2

O C

6 000

CO2 atmosférico (ppm) Temperatura global média (ºC)

• aproximadamente por quantos anos a temperatura global média esteve acima de 20 ºC? E abaixo de 14 ºC?


5 000

• qual foi a temperatura média mais baixa

4 000 3 000 2 000

22 17

T e m p e r a t u r a

estimada para os últimos 600 milhões de anos? E a mais alta? Compare esses valores com a temperatura atual.

b) Há fortes evidências de que a maior extinção em massa da Terra ocorreu há 250 milhões de anos, 12 600 500 400 300 200 100 0 com o desaparecimento de 95% das espécies Tempo (milhões de anos atrás) viventes (extinção do Permiano). Identifique esse Fonte: . Acesso período no gráfico e descreva o que ele tem de em: ago. 2012. excepcional. Como essa grande extinção poderia estar relacionada ao que você observou no grá Temperatura global média e concentração atmosférica de gás fico? Para responder a essa pergunta, faça uma carbônico estimadas para o período entre cerca de 600 milhões de pesquisa sobre essa extinção e suas possíveis anos e os tempos recentes. A temper atura média nos dias atuais é de cerca de 14 ºC. causas. Esse tema será detalhado no capítulo 7. 1 000

( º C )


47

Gráfico 2 F A R G O T I E C N O C

350

— Temperatur Temperaturaa em comparação com a média entre 1960 e 1990 1 990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

+6 +4 +2

300 ) m p p ( 2

O C

0 –2

250

–4 –6

200

–8 150 450

400

350

300

250 200 150 Tempo (em mil anos atrás)

100

50

D i f e r e n ç a d e t e m p e r a t u r a

( º C )

–100 –1

0

Registro de temperaturas (azul) obtido com base no estudo do gelo da estação de pesquisas de Vostok, juntamente com as concentrações estimadas de CO2 (vermelho), ao longo dos últimos 450 mil anos. O padrão periódico (ou cíclico) é relacionado com características da órbita terrestre ao redor do Sol e com a inclinação do eixo de rotação da Terra. Os valores na escala da temperatura representam as diferenças em relação à média da temperatura para o período compreendido entre 1960 e 1990. O valor zero do gráfico representa, assim, apenas o referencial e não indica que a temperatura média nesse período tenha sido zero. Os demais valores foram calculados para podermos comparar quanto a temperatura já foi maior (+) ou menor (–) que a média de 1960-1990. O mais recente máximo de expansão das calotas polares ou glaciação ocorreu há cerca de 18 mil anos; a partir daí, está havendo retração das calotas polares.

Fonte: . leoclimate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

No gráfico 2, é possível perceber um padrão que se repete nos últimos 450 mil anos: depois de um brusco aumento da temperatura, da ordem de 10 ou 11 ˚C, segue-se uma tendência decrescente.

a) Qual é, aproximadamente, aproximadamente, a periodicidade desse padrão padrão de oscilação? b) De acordo com o gráfico, gráfico, a temperatura temperatura atual está dentro desse padrão? Gráfico 3 — Temperatura em comparação com a média entre F A R G O T I E C N O C

+6

1960 e 1990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

350

+4 +2

300 ) m p p (

0 –2

250

2

–4

O C

–6

200

–8 150 20

18

16

14

12


4

2

0


( º C )

–100 –1

Fonte: . ate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

Este gráfico mostra em maior detalhe o registro de temperaturas (azul) obtido com base nos estudos do gelo de Vostok (Antártida), juntamente com as concentrações estimadas de CO 2 (vermelho), ao longo dos últimos últ imos 20 mil anos. A linha vermelha, quase vertical no extremo direito do gráfico, corresponde ao forte aumento da concentração de CO2 verificado desde a Revolução Industrial. A linha horizontal corresponde aos valores médios da temperatura no período entre 1960 e 1990 (os valores negativos negativ os na escala da temperatura representam temperaturas abaixo da média, enquanto os positivos, acima da média). Em uma escala de tempo maior, em cerca de 90% dos últimos 2 milhões de anos, as superfícies geladas foram mais extensas que hoje. Por outro l ado, todo esse tempo foi relativamente curto se compararmos com o longo período de quase 200 milhões de anos que o precedeu, durante o qual a temperatura foi mais alta do que é hoje (est ima-se que, na época dos dinossauros, por exemplo, e xemplo, o Oceano Ártico era entre ent re 10 e 15 ºC mais quente, podendo ter chegado a 20 ºC).

Com a análise do gráfico 3, você vê uma tendência de aquecimento no correspondente aos últimos 10 ou 11 mil anos? Explique

sua resposta. Gráfico 4 370


350

) m p p ( 2

— Temperatura em comparação com a média entre

+1,0


330

i +0,5 e f

310

0,0

D

290

O C 270

–0,5

250

–1,0

230 210 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 Tempo (anos atrás) 48


400

200

0

–1,5

r e n ç a d e t e m p e r a t u r a

Reconstrução paleoclimática referente aos últ imos 2 mil anos (feita em 2005). A linha horizontal corresponde à média para o período de 1960-1990 (os valores na escala de temperatura representam as diferenças em relação a essa média). As duas curvas de teor de CO 2 superpostas correspondem a estimativas por dif erentes métodos. Pela proximidade delas no período entre 400 e 1 000 anos atrás, a análise pode ser feit a no conjunto.

( º C )

Fonte: . Acesso em: jul. 2012.

a) Descreva o que ocorreu com a temperatura temperatura global aproximadamente aproximadamente entre os anos 1000 1000 e 1600, mostrada no gráfico 4.

b) A variação foi da ordem ordem de quantos graus? c) Quando ocorreram as mais mais altas temperaturas temperaturas dos últimos 2 mil mil anos? Gráfico 5 F A R G O T I E C N O C

Gráfico mostrando a variação da temperatura nos últimos 150 anos. Neste gráfico, a linha horizontal representa a temperatura média do período entre 1960 e 1990; os p ontos abaixo dessa linha correspondem a anos mais f rios, enquanto os pontos acima dessa linha representam anos mais quentes. Fonte: . Acesso em: ago. 2012.

Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990

a) Considerando apenas um período mais recente, já depois da Revolução Revolução Industrial, e tomando por base o gráfico 5, qual foi a diferença da temperatura global em graus Celsius entre os anos de 1860 e 2004?

b) Em sua opinião, opinião, esse aumento foi grande? E a variação variação foi rápida ou lenta? lenta? Explique sua resposta. Gráfico 6 F A R G O T I E C N O C

500

5 360 ) s e õ h l i b (

l a i d n u m o ã ç a l u p o P

4 3 2

) m p p (


1

O C

400 340 300

CO2

320 200

População mundial

300 100 280 1720

1760

1800

1840

1880

1920

1960

( x 1 0 1 8

Consumo mundial de energia

0

C o n s u m o m u n d i a l d e e n e r g i a

J )

20 00 2000

Gráfico com curvas dos teores de gás carbônico ao longo dos últimos três séculos, do tamanho da população humana mundial e do consumo mundial de energia.

Ano

Analise o gráfico 6 e compare-o com os anteriores. a) Comparando a variação da temperatura temperatura e a variação da concentração de gás carbônico no ar (gráficos 2 a 4, 5 e 6) 6),, é possível afirmar que, de modo geral, as variações de temperatura seguem as variações no teor de gás carbônico? b) A julgar pelo teor de gás carbônico na atmosfera atual, é correto estimar que brevemente registraremos registraremos as mais altas temperaturas dos últimos 450 mil anos? Podemos dizer o mesmo considerando os últimos 600 milhões de anos? c) Analisando as informações dos gráficos 5 e 6, como se explicaria a variação da temperatura a partir da década de 1930? Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

49

Atividade 2: Correntes oceânicas e padrões térmicos globais Habilidades do Enem: H1, H3, H9, H12, H17, H20. Nesta atividade, vamos explorar padrões térmicos globais e sua relação com uma propriedade importante da água, que é sua capacidade térmica. Essa propriedade física é o que torna as massas de água boas transportadoras de calor. Note que estamos tratando de propriedades do meio que explicam aspectos do ambiente, o qual, como sabemos, estabelece a natureza dos processos ecológicos. Física, Química, Biologia, Geograa e outras disciplinas são indissociáveis quando se quer explicar certos padrões

naturais.

Avalie a possibilidade de trabalhar com seu colega de Física para montar uma demonstração experimental que evidencie o transporte de

calor por fluxo de massa utilizando a água.

Observe os mapas a seguir seguir,, referentes às temperaturas da superfície da água dos oceanos ( A ) e às temperaturas atmosféricas atmosféricas ( B ). Nas duas figuras, o vermelho e o amarelo representam temperaturas mais altas; o verde, intermediárias; o azul e o púrpura, as mais baixas. A

70

A V L I S X E L A

50 30 10 0º –10 –30 0

2 750 km

–50 –70 –180 –160

–140 –120 –100

–80

–60

–40

–20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Temperatura da superfície oceânica (ºC) –1,5

2,5

6,8

11,0

15,1

19,3

2 3,4 23,4

27,6

31,7

Fonte: . cf.gif>. Acesso em: set. set . 2012.

B

A V L I S X E L A

0

2 560 km

Temperatura atmosférica (ºC) –10

0

10

20

30

Fonte: . Acesso em: ago. 2012.

Imagens de satélite mostrando as temperaturas da superfície da água dos oceanos ( A) e as temperaturas atmosféricas ( B), ambas relativas ao mês de janeiro, em escala global. (Cores-fantasia.) 50


Para responder às questões a seguir, compare as imagens anteriores com o mapa das principais correntes oceânicas de superfície que apresentamos neste capítulo. a) Que diferença há na temperatura temperatura da superfície do oceano quando se compara compara o lado leste com o lado oeste da América do Sul e da África na latitude do Trópico de Capricórnio? E entre a Inglaterra e a costa leste do Canadá? Como se explicam as diferenças encontradas? b) Há alguma correspondência entre o padrão de temperaturas temperaturas da água oceânica superficial e da atmosfera sobre os oceanos? Como isso pode ser explicado? c) Como você explicaria o fato de que, que, ao longo do Círculo Polar Ártico, o norte da Europa é mais quente que o norte do Canadá?

Atividade 3: El Niño e o clima global

Habilidades do Enem: H1, H2, H9, H10, H17, H20, H21.

Analisee os mapas, refer Analis referentes entes ao padrão térmi térmico co das das águas águas super superciais ciais no mês mês de setem setembro bro em em 1997 1997 (mapa (mapa A) e 1999 (mapa B).

Na escala de cores, os números mostram a diferença entre a temperatura em cada local dos oceanos e a temperatura média histórica correspondente (anomalia de temperatura). a) Considerando apenas o Oceano Pacífico ao longo da linha linha do equador, equador, descreva as diferenças nos mapas mapas A e B quanto às temperaturas nas regiões assinaladas com X e Y. A 50ºN

A V L I S X E L A

40ºN 30ºN 20ºN 10ºN 0º

X

Y

10ºS 20ºS 30ºS 40ºS

0

2 400 km

0

2 400 km

50ºS

B 50ºN 40ºN 30ºN 20ºN 10ºN 0º

X

Y

10ºS 20ºS 30ºS 40ºS 50ºS Escala de cores

–3,5

–3

–2

–1,5

–1

–0,5

0,5

1

1,5

2

3

3,5

4

4,5

Planisférios da Terra mostrando anomalias de temperatura temperatura (ºC) da superfície do mar em 1997 ( A) e 1999 ( B). As linhas horizontais são paralelos de 10º em 10º de latitude, ao norte e ao sul do equador. As linhas verticais são meridianos de 60º em 60º a leste e a oeste do meridiano de Greenwich, que passa na Inglater ra. (Cores-fantasia.) Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

51

Agora, observe os esquemas abaixo, referentes à circulação vertical de ar ao longo do equador em duas situações diferentes ( I e II ). ). Situação I

A V L I S X E L A

0º

Situação II

0º

Esquemas demonstrando a circulação atmosférica de grande escala em duas situações distintas (I e II ). (Cores-fantasia.) Dados disponíveis dispon íveis em: em : =75> e . Acessos em: jul. 2010.

b) Qual das duas situações situações ( I ou II ) ) se relaciona com o mapa A ? E com o mapa B? Justifique sua resposta. c) Qual mapa ( A ou B ) e situação ( I ou II ) ) corresponde ao El Niño? E à La Niña? Justifique sua resposta. A ou d) Por que o aumento aumento no volume de chuvas acontece acontece em locais diferentes diferentes dependendo de se tratar tratar do El Niño ou da La Niña? Quais são esses locais, respectivamente? e) Quais as consequências do El Niño no clima de sua região? Pesquise sobre isso neste livro e em outras fontes confiáveis confiáveis de consulta para responder responder..

1.

(UFPI) Na atmosfera terrestre, a uma altitude de mais ou menos 30 km, existe uma camada de gás ozônio (O 3 ).

Esse gás se forma espontaneamente a partir da decomposição do oxigênio (O 2 ) sob ação da radiação ultravioleta do Sol. Esta camada de ozônio tem importante papel para os seres vivos porque: I. Absorve os raios raios ultravioleta ultravioleta danosos presentes na radiação solar, diminuindo diminuindo sua incidência na superfície. II. Protege os animais mais contra o câncer e prejuízos à visão. III. Protege o planeta contra as chuvas ácidas. Indique a alternativa correta. a) Apenas I está correta. b) Apenas II está correta. 52


c) Apenas III está correta. d) Apenas I e II estão corretas. X e) Apenas II e III estão corretas.

2. (Enem) As cidades industrializadas produzem grandes

proporções de gases como o CO 2, o principal gás causador do efeito estufa. Isso ocorre por causa da quantidade de combustíveis fósseis queimados, principalmente no transporte, mas também em caldeiras industriais. Além disso, nessas cidades concentram-se as maiores áreas com solos asfaltados e concretados, o que aumenta a retenção de calor, formando o que se conhece por “ilhas de calor”. Tal Tal fenômeno ocorre porque esses materias absorvem o calor e o devolvem para o ar sob a forma de radiação térmica.

(02) no dia 21 de março nós temos temos o equinócio de prima Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito vera para o hemisfério Sul e o equinócio de outono estufa e das “ilhas de calor”, espera-se que o consumo de para o hemisfério Norte. energia elétrica: (04) nos dias 21 de junho e 21 de dezembro ocorrem os a) diminua devido à utilização de caldeiras por indústrias dias de solstício, ou seja, quando há máxima desigualmetalúrgicas. dade na distribuição de luz e calor entre os hemisférios. X b) aumente devido ao bloqueio da luz do Sol pelos gases (08) os dias 21 de março e 23 de setembro, setembro, também também codo efeito estufa. nhecidos como equinócio, são os dias do ano em que c) diminua devido à não necessidade de aquecer a água os raios solares estão distribuindo de forma equitautilizada em indústrias. tiva luz e calor para os dois hemisférios. X d) aumente devido à necessidade necessidade de maior refrigeração (16) no dia 21 de junho temos o solstício de verão no de indústrias e residências. X hemisfério Norte e o solstício de inverno no hemise) diminua devido à grande quantidade quantidade de radiação térmifério Sul. X Resposta: 28 (04 + 08 + 16) ca reutilizada. (32) no solstício de inverno, no hemisfério sul, ocorre o dia e La Niña promovem promovem pertur3. (UEM) Os fenômenos El Niño e mais longo e a noite mais curta do ano. bações climáticas em várias partes do mundo, afetando o ritmo das atividades sociais e econômicas nos locais mais 5. (Enem) O controle biológico, técnica empregada no comintensamente atingidos pelos seus efeitos. Sobre esses bate a espécies que causam danos e prejuízos aos sefenômenos climáticos, é correto afirmar que: res humanos, é utilizado no combate à lagarta que se é provocado pelo intenso resfriamenalimenta de folhas de algodoeiro. Algumas espécies de (01) o fenômeno La Niña é borboleta depositam seus ovos nessa cultura. A microto produzido pela corrente do Golfo no Atlântico Norte. vespa Trichogramma sp. sp. introduz seus ovos nos ovos de (02) o El Niño é é produzido pelo aquecimento excepcional outros insetos, incluindo os das borboletas em questão. das águas do oceano Pacífico provocado pela pasOs embriões da vespa se alimentam do conteúdo desses sagem da corrente quente de Humboldt. ovos e impedem que as larvas de borboleta se desenvol(04) o fenômeno La Niña provoca provoca redução de chuvas no vam. Assim, é possível reduzir a densidade populacional Sul do Brasil e aumenta a pluviosidade do Nordeste. X das borboletas até níveis que não prejudiquem a cultura. (08) o El Niño é um fenômeno climático periódico que A técnica de controle biológico realizado pela microvespa ocorre em intervalos variados. X sp. consiste na Trichogramma sp. (16) o El Niño provoca provoca chuvas intensas no Sul e Sudeste do Brasil, mas diminui a chuva no Leste da Amazônia a) introdução de um parasita no ambiente da espécie e agrava a seca no Nordeste. X que se deseja combater. X Resposta: 28 (04 + 08 + 16) Terra possui uma inclinação de 23º 27’ em seu 4. (UFMS) A Terra b) introdução de um gene letal nas borboletas, a fim de eixo, em relação ao plano da órbita. Tal inclinação, assodiminuir o número de indivíduos. ciada ao seu movimento de rotação e translação, propic) competição entre a borboleta e a microvespa para a cia a incidência dos raios solares de maneira diferente obtenção de recursos. sobre o globo terrestre. Sobre o movimento de translação identificado no esboço abaixo, é correto afirmar que d) modificação do ambiente para selecionar indivíduos melhor adaptados. e) aplicação de inseticidas a fim de diminuir o número de indivíduos que se deseja combater. 6. (Enem) Sabe-se que uma área de quatro hectares de flores F A R G O T I E C N O C

ta, na região tropical, pode conter cerca de 375 espécies de

plantas enquanto uma área florestal do mesmo tamanho, em região temperada, pode apresentar entre 10 e 15 espécies.

O notável padrão de diversidade div ersidade das florestas tropicais se deve a vários fatores, entre os quais é possível citar

(01) o movimento de translação é o movimento que a

Terra realiza em torno de um eixo imaginário que a atravessa de polo a polo.

a) altitudes elevadas e solos profundos. b) a ainda pequena intervenção do ser humano. c) sua transformação em áreas de preservação. d) maior insolação e umidade e menor variação climática. X e) alternância de períodos de chuvas com secas prolongadas. prolongadas. Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

53



SÔNIA LOPES Licenciada em Ciências Biológicas e Doutora em Ciências C iências pela Universidade de São Paulo Professora Doutora do Departamento de Zoologia Zoologi a do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo

SERGIO ROSSO Licenciado em Ciências Biológicas e Doutor em Ciências pela Universidade de São Paulo Professor Doutor do Departamento de Ecologia do Instituto de Biociênci Biociências as da Universidade de São Paulo 2ª- edição São Paulo – 2013

MANUAL DO PROFESSOR

BIO, volume 1 © Sônia Lopes, Sergio Rosso, 2013 Direitos desta edição: Saraiva S.A. – Livreiros Editores, São Paulo, 2013 Todos os direitos reservados

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) (Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)

Lopes, Sônia Bio : volume 1 / Sônia Lopes, Sergio Rosso. -2. ed. -- S ão Paulo : Sarai va, 2013. 2013. Suplementad o pelo manual do professor ISBN 978-85- 02-1 02-191 9181 81-5 -5 (aluno) ISBN 978-85- 02-1 02-191 9182-2 82-2 (professor) 1. Biologia (Ensino médio) I. Rosso, Sergio. II. Título. 13- 03469

CDD – 574.07

Índices para catálogo sistemático: 1. Biologia : Ensino médio

574.07

M. Esther Nejm Editor Maíra Rosa Carnevalle Editores-assistentes João Paulo Bo rtoluci e Paula Signori ni Coordenador de revisão Camila Christi Gazzani Revisores Jaime Rodrigues Leal, Rita de Cássia Cássia Sam, Tássia Carvalho Gerente editorial

Rachel Lopes Corradini Coordenador de iconografia Cristina Akisino Pesquisa iconográfica Érica Brambila Licenciamento de textos Marcia Alessandra Alessandra Tr Trindade, indade, Roberto Silva Gerente de artes Ricardo Borges Coordenador de artes Vagner Castro dos Santos Produtor de artes Narjara Lara Foto da capa Coruja-buraqueira – Zig Koch/Natureza Brasileira Diagramação Rodrigo Bastos Marchini Ilustrações Alber to de Stefano, A lex Argozin o, Alex Si lva, BIS , Conceitograf, Estúdio Ampla Arena, Jurandir Ribeiro, Leonardo Teixeira, Luis Moura, Mario Yoshida (mapas), Osni de Oliveira, Paulo César Pereira, Rodval Matias Rickardo, Sandro Castelli, SIC, Studio Caparroz, Walter Caldeira, Wilson Jorge Filho, Ligia Duque Assistentes de ar tes Daniela Máximo, Regiane Santana Assistentes de pr odução de artes Jacqueline Or tolan, Paula Re gina Costa de Ol iveira Tratamento de imagens Emerson de Lima Assistente de produção editorial editorial

Impressão e acabamento Impresso no Brasil – 2013 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

O material de publicidade e propaganda reproduzido nesta obra está sendo utilizado apenas para fins didáticos, não representando qualquer tipo de recomendação de produtos ou empresas por parte do(s) autor(es) e da editora. Nos livros desta coleção são sugeridos vários experimentos. Foram selecionados experimentos seguros, que não oferecem risco aos alunos. Ainda assim, recomendamos que professores, pais ou responsáveis acompanhem sua realização atentamente.

www.editorasaraiva.com.br

Rua Henrique Schaumann, 270 – Cerqueira César – São Paulo/SP – 05413-909 Fone: (11) 3613 3000 – Fax: (11) 3611 3308 Televendas: Telev endas: (11) 3616 3666 – Fax Vendas (11) 3611 3268 Atendimento ao professor: professor: (11) 3613 3030 – Grande São Paulo 0800 0117875 – Demais localidades [email protected]

Apresentação

Conversando com você, estudante É um prazer para nós saber que está usando este livro. Ele foi escrito com muita dedicação e cuidado, visando oferecer a você um bom material de estudo. es tudo. Nossa proposta é aproximar o universo biológico das questões cotidianas, abrindo espaços para a reflexão e o desenvolvimento do espírito crítico cr ítico e de valores voltados para a cidada c idadania. nia. Procuramos apresentar a Biologia de maneira integrada, relacionando várias subáreas entre si e também com outras áreas do saber saber.. Para que possa aproveitar melhor esta coleção, recomendamos que, primeiro, conheça a estrutura do livro, descrita nas páginas seguintes. Mesmo sendo um livro bem completo, ele não substitui seus professores. São eles que estarão sempre ao seu lado, pessoalmente, contribuindo ainda mais para sua formação. Aproveite essa oportunidade e estude muito. Seu futuro agradecerá! Esperamos que você, ao estudar Biologia, aprenda a amar e a respeitar cada vez mais a vida. v ida. Com carinho, Os autores

Conheça seu livro

Aberturas de unidade

Cada unidade aborda um grande tema da Biologia e inicia-se com página dupla, com destaque para uma fotografia e sua legenda. Uma frase instigante faz pensar sobre o que será estudado, e um texto explora alguns dos inúmeros pontos de relevância do estudo.

Nossa intenção é motivar você você para o estudo dos capítulos que compõem a unidade.

Abertura de capítulo

Conteúdo do capítulo

Colocando em foco

Despertando ideias

Cada capítulo inicia-se com uma página de abertura que tem dois objetivos principais: despertar seu interesse pelo assunto e abrir espaço para que você diga o que já conhece a respeito do do que será discutido.

O capítulo foi escrito pensando em aproximar você dos conceitos básicos da Biologia, relacionando-os sempre que possível a outras áreas do saber.

Destaca aspectos da Biologia ligados ao cotidiano, saúde, cidadania, interdisciplinaridade, ética e sociedade, além de curiosidades científicas. Nosso objetivo é aproximar ainda mais o conteúdo de você.

Antes de um tema ser abordado no capítulo, esse quadro visa levantar questionamentos e abrir espaço para discussões sobre assuntos que serão tratados a seguir.

Analise com cuidado a fotografia em destaque, bem como o pequeno texto sobre ela, e responda as questões da seção Pense Nisso.

A linguagem é clara e objetiva, enriquecida com imagens que complementam e ilustram as explicações.

Você vai encontrar propostas de experimentos e outras atividades práticas, além de questões desafiadoras.

Recursos digitais

Os símbolos a seguir estão distribuídos ao longo deste livro. Eles indicam os recursos que você poderá acessar na versão digital da obra.

Interativo

Mapa

Slideshow

Tema para discussão

Retomando

Nesta seção, há textos que ampliam a visão sobre o assunto do capítulo. As questões orientam a troca de ideias, o debate, a produção e a divulgação dos saberes, valorizando a cidadania.

Momento de retomar a conversa iniciada na abertura do capítulo. Verifique como os novos conhecimentos que você adquiriu relacionam-se com as respostas dadas no começo do estudo. Essa reflexão é fundamental para sua aprendizagem. Pare, reflita, pondere, reveja seus conhecimentos e estruture o que aprendeu.

Vídeo

Ampliando e integrando conhecimentos

Atividades diversificadas e pautadas no desenvolvimento de competências e habilidades, como as exigidas pelo Enem. Aqui há muitas propostas de trabalho em grupo.

PDF

Hiperlink

Ampliar

Testes

Testes do Enem e de alguns vestibulares do país, selecionados para que você tenha uma amostra de como os conceitos discutidos no capítulo têm sido cobrados nos principais exames de ingresso no Ensino Superior.

Indagação Científica Nessa seção, elaboramos duas atividades para que você entre em contato com os procedimentos científicos de forma mais intensa. Você vai atuar como um pesquisador, produzindo conhecimento. As respostas não são previamente conhecidas por ninguém. Você vai elaborar hipóteses, planejar procedimentos para testá-las, obter resultados e refletir sobre eles. Nessa reflexão, novas perguntas podem surgir, gerando uma nova indagação científica.

Livro não consumível

Sugestões de consulta Gabarito Aqui trazemos as respostas dos testes para você conferir e estudar com mais autonomia.

Selecionamos algumas fontes de referência visando oferecer a você mais opções para se aprofundar nos estudos.

Sumário Unidade 1


Capítulo 1 • Introduçã Introdução o à Biologia

Capítulo 3 • Ecossistemas terrestres

e aquáticos

Pense nisso .................................................................................. nisso .................................................................................. 14 1.

Biologia: ciência da vida ................................................

15

Pense nisso ................................................................................. 54

Colocando em foco: a ISO, o verde e você .......................... 16

1.

A Biologia como ciência .................................................

16

Despertando ideias: E agora? Será que quebrou? ..........

17

3.

Biologia e outros saberes ..............................................

19

4.

Os níveis hierárquicos de organização biológica ...

20

5.

Características dos seres vivos ..................................... 21

2.

Evolução, o princípio unificador da Biologia ..........

23

Despertando ideias: Jogo presa-predador pr esa-predador ....................... 24

2.

Colocando em foco: seleção natural e resistência de bactérias a antibióticos? .......... ..........

27

Tema para discussão: Afinal, o que é vida? .....................

27

Retomando ................................................................................

29

Ampliando e integrando conhecimentos ........................ conhecimentos ........................ 30

Testes ........................................................................................... Testes ...........................................................................................

32

3.

Capítulo 2 • Introduçã Introdução o à Ecologia

1. 2. 3.

Ecologia .............................................................................. 35 A hipótese hipótese Gaia ................................................................ 35 A atmosfera e o efeito estufa ...................................... 36

Despertando ideias: Efeito ideias: Efeito estufa e aquecimento ....... 4.

34

Ecossistemas aquáticos ................................................ 64 3.1.

Os oceanos ............................................................ 65

Colocando em foco: as foco: as fontes termais submarinas ..... 66

Pense nisso ................................................................................

Os grandes ecossistemas terrestres ............................55 Tundra .................................................................... 56 1.2. Floresta boreal ..................................................... 56 1.3. Floresta temperada sazonal ............................ 56 1.4. Floresta temperada pluvial ............................. 57 1.5. Floresta tropical pluvial .................................... 57 1.6. Savanas .................................................................. 58 1.7. Chaparral ............................................................... 58 1.8. Campos temperados .......................................... 59 1.9. Desertos ................................................................. 59 Biomas do Brasil .............................................................. 60 2.1. Amazônia ............................................................. 60 2.2. Mata atlântica ....................................................... 61 2.3. Caatinga ................................................................ 62 2.4. Cerrado ................................................................... 62 2.5. Campo sulino ....................................................... 63 2.6. Pantanal ................................................................. 63 2.7. Manguezal: um ecossistema especial .......... 64 1.1.

Despertando ideias: Vida em Marte? ................................. 21 6.

Lagos e rios ............................................................ 67 Tema para discussão: O discussão: O fogo: inimigo ou amigo? ......... 68 3.2.

Retomando ................................................................................ 69 Ampliando e integrando conhecimentos ......................... 70 Testes ........................................................................................... 76

37

Os grandes padrões climáticos ................................... 39

Despertando ideias: Será ideias: Será que os raios solares atingem a Terra em todos os pontos com a mesma intensidade? intensidade? ...... ............ ............ .......... 40

Capítulo 4 • Estrutura dos

ecossistemas, fluxo de energia e ciclo da matéria

Colocando em foco: o foco: o perigo da destr uição da camada de ozônio ............................ 43 5.

O efeito da altitude no clima ...................................... 43

6.

O efeito dos oceanos oceanos no clima clima .................................... 44

Colocando em foco: El Niño e La Niña e sua ação no clima .................................... 44 Tema para discussão: Ecologia discussão: Ecologia Urbana ............................

46

Retomando ................................................................................

47

Ampliando e integrando conhecimentos ........................

47

Testes ..........................................................................................

52

Pense nisso ................................................................................ 1. 2.

78

Hábitat e nicho ecológico ............................................. 79 Os componentes estruturais de um ecossistema ...................................................................... 79

Despertando ideias: Ciclo ideias: Ciclo de matéria e fluxo de energia em um ecossistema ........ 80 3.

Cadeia e teia alimentar ................................................. 80

4. 5.

6. 7.

Os níveis tróficos ............................................................. 83 Pirâmides ecológicas ..................................................... 84 5.1. Pirâmide de números ........................................ 84 5.2. Pirâmide de biomassa ....................................... 84 5.3. Pirâmide de energia ........................................... 85 Modelo do fluxo energético ........................................ 86 Os ciclos biogeoquímicos ............................................. 87 7.1. Ciclo da água ........................................................ 87

7.2.

7.3.

7.4.

117


118

Testes .........................................................................................

121

Pense nisso ............................................................................... nisso ...............................................................................

91

Ciclo do nitrogênio ............................................. 92

Colocando em foco: adubação foco: adubação verde e adubação química ............................................... 93

Retomando ...............................................................................

equilíbrio ambiental

Ciclo do carbono ................................................. 90 Ciclo do oxigênio ................................................. 91

Colocando em foco: proteção foco: proteção da camada camada de ozônio ozônio ...

117

Capítulo 6 • A quebra do

Despertando ideias: Medindo ideias: Medindo a umidade relativa do ar .................................................... 88

Tema para discussão: Um exemplo real de desequilíbrio ecológico ecológico ...... ............ ........

1.

Introdução ........................................................................ 125

2.

Alterações bióticas nos ecossistemas ....................... 125

2.1.

2.2.

Tema para discussão: A discussão: A crise mundial da água ............. 94

124

Introdução de espécies ..................................... 125 Extinção de espécies .......................................... 125

Retomando ................................................................................. 95

Colocando em foco: peixe-boi foco: peixe-boi – mamífero aquático ameaçado de ex tinção ................... 126

Ampliando e integrando conhecimentos ......................... 95

3.

Testes ...........................................................................................98

Capítulo 5 • Comunidades e

populações

3.1.

3.2.

3.3.

3.4.

3.5.

2.

Características estr uturai uturaiss de uma comunidade ..................................................... 101 A dinâmica das com unidades: sucessão ecológica ........................................................................... 101 103

Interações entre populações de uma comunidade ...................................................................

105

3.1.

3.2. 4.

Interações intraespecífica intraespecíficass ............................ 105 Interações interespecíficas ............................ 108

Ecologia das populações .............................................. 4.1.

4.2.

112

Principais características de uma uma população população ............................................. 112

Colocando em foco: já foco: já passamos do limite? ..................

Fatores reguladores do tamanho da população .............................................................

Unidade 2

114

3.6.

3.7.

3.8.

Poluição por derramamento de petróleo ....132 Poluição por eutroficação ................................133 O lixo .......................................................................133

4.

Pegada ecológica ........................................................... 136

5.

Desenvolvimento sustentável .................................... 137

Colocando em foco: reservas foco: reservas ex trativistas, uma experiência exclusivamente brasileira em desenvolvimento sustentável ........................................ 139 Tema para discussão: Código discussão: Código Florestal F lorestal ............................ 139 Retomando ................................................................................ 141 Ampliando e integrando conhecimentos .......................

115

141

Testes ......................................................................................... 145

Origem da vida v ida e Biologia celular

Capítulo 7 • Das origens aos dias

de hoje Pense nisso ..............................................................................

150

Despertando ideias: ideias: “Bicho “Bicho da goiaba, goiaba, goiaba goiaba é!” ......

151

Colocando em foco: foco: qual qual a relação entre Pasteur e os alimentos alimentos pasteurizado pasteurizados? s? .....

154

3.

Hipóteses sobre a origem da vida ............................ 155 3.1.

1.

lntrodução .......................................................................

151

2.

A origem dos seres vivos .............................................

151

Biogênese versus abiogênese .........................

151

2.1.

Colocando em foco: biorremediação ................................ 135

Colocando em foco: floresta foco: floresta amazônica – uma comunidade clímax ...... ............ ............ .......... .... 3.

Poluição sonora ....................................................127 Poluição térmica ..................................................127 Poluição do ar ....................................................... 128 Poluição por elementos radiativos ............... 130 Poluição por substâncias não biodegradáveis ................................................... 130

Colocando em foco: controle foco: controle de pragas por feromônios ........................................132

Pense nisso .............................................................................. 100 1.

Alterações abióticas ........................................................ 127

3.2.

Origem por criação divina (criacionismo) ..... 155 Origem extraterrestre (panspermia) .......... 155

Colocando em foco: será que estamos sozinhos no Universo? ....................................

156

3.3.

3.4. 4.

Origem por evolução química: a hipótese de Oparin Oparin e Haldane ........................................ 156 Outras hipóteses ................................................ 158

A evolução do metabolismo metabolismo energético ...... ............ .......... .... 4.1. 4.2.

159

Hipótese heterotrófica .................................... 159 Hipótese autotrófica ........................................ 160

5.

Os primeiros seres vivos .............................................. 161

6.

O surgimento das células mais complexas: as eucariót eucarióticas icas ...............................................................

163

Despertando ideias: Por ideias: Por que tantas membranas internas? .........................................

163

7.

O surgimento dos seres multicelulares eucariontes ...................................................................... 165

8.

A dinâmica da Terra e da vida ao longo do tempo ............................................................................... 166

Colocando em foco: nutrição foco: nutrição proteica e desnutrição desnutriç ão ..................................... 9.

197

Os ácidos nucleicos ...................................................... 198

Tema para discussão: Contando discussão: Contando calorias ...................... 199 Retomando ..............................................................................

201

Ampliando e integrando conhecimentos ...... ............. ............. ......... ...

201

Testes .......................................................................................

204

Capítulo 9 • Citologia e

envoltórios celulares Pense nisso ..............................................................................

206

1.

Introdução ...................................................................... 207

Colocando em foco: uma foco: uma injustiça histórica ................. 167

2.

Um pouco de história .................................................. 207

Colocando em foco: o foco: o que aconteceu na era do gelo? ....................................................

3.

Atuais microscópios de luz .......................................

208

4.

Células observadas observadas ao microscópio de luz ...... .......... ....

209

Tema para discussão: Por discussão: Por que os dinossauros foram extintos? ........................................ 173

Colocando em foco: preparação foco: preparação de células para observação ao microscópio de luz ................................................

209

Retomando ...............................................................................

174

5.

Microscópios eletrônicos .............................................


175

6.

Poder de aumento e de resolução ............................ 212

Testes ......................................................................................... 178

7.

Medidas usadas no estudo das células .................. 213

8.

A teoria celular ...............................................................

213

9.

Como vamos estudar as células ...............................

214

10.

Os envoltórios celulares ..............................................

214

Membrana plasmática ....................................

214

9.

171

Extinção em massa ....................................................... 172

Capítulo 8 • A química da vida

10.1.

Pense nisso ..............................................................................

179

1.

Introdução ...................................................................... 180

2.

A água .............................................................................. 180

Colocando em foco: membranas foco: membranas e bolhas de sabão .................................................. 215 10.2.

Despertando ideias: Capilaridade ideias: Capilaridade .................................... 181 3.

Sais minerais ..................................................................

183

4.

Vitaminas ........................................................................

184

5.

Carboidratos ................................................................... 186 5.1. 5.2. 5.3.

Monossacarídeos .............................................. 186 Dissacarídeos ..................................................... 186 Polissacarídeos .................................................. 186

Despertando ideias: Detecção ideias: Detecção de amido nos alimentos ......................................... 187 5.4. 6.

Carboidratos na alimentação humana humana ....... 187

Lipídios ............................................................................. 6.1. 6.2.

188

Carotenoides ...................................................... 188 Triglicerídeos ...................................................... 188

Colocando em foco: margarinas, foco: margarinas, gordura vegetal hidrogenada e gordura trans ...... 189 6.3. 6.4. 6.5.

Fosfolipídios ........................................................ 189 Cerídeos ............................................................... 190 Esteroides ............................................................ 190

Colocando em foco: esteroides anabolizantes anabolizantes ............

192

Proteínas .........................................................................

192

7.

7.1. 7.2. 7.3. 8.

Aminoácidos ....................................................... 192 Ligação peptídica .............................................. 193 Estrutura da proteína ...................................... 194

Enzimas ............................................................................ 8.1.

195

Fatores que influenciam a atividade enzimática .......................................................... 196

211

Envoltórios externos à membrana plasmática .................................... 216

Processos de troca entre a célula e o meio exter no ..............................................................

218

12.

Concentração de uma solução ..................... ............

218

13.

Difusão ............................................................................

219

14.

Osmose ............................................................................ 220

11.

Despertando ideias: Realizando ideias: Realizando experimento ............ 220 Despertando ideias: Interpretando ideias: Interpretando experimentos .... 222 Colocando em foco: por foco: por que saladas não devem ser temperadas muito antes de serem consumidas? ................. 224 15.

Difusão facilitada ......................................................... 224

Colocando em foco: exemplo foco: exemplo da importância clínica do transporte através de membrana .................................. 225 16.

Bomba de sódio e potássio – um processo ativo ........................................................ 226

17.

Endocitose e exocitose ................................................ 227

Colocando em foco: combate foco: combate a infecções e “limpeza” de nosso corpo ........... 229 Tema para discussão: Pelos discussão: Pelos caminhos das descobertas científicas ....... ............ ..... 229 Retomando ..............................................................................

232

Ampliando e integrando conhecimentos ......................

232

Testes ........................................................................................ 234

Capítulo 10 • O citoplasma

5.

5.1. 5.2.

Pense nisso .............................................................................. 236 1.

Comparando células procarióticas com eucarióticas eucariót icas ....................................................................

Despertando ideias: Construindo ideias: Construindo modelos de estrutura estr utura celular ..........................

Respiração ....................................................................... 274

237

Colocando em foco: ciclo foco: ciclo de Krebs, a grande encruzilhada metabólica da célula ........................................... 5.3.

240

2.

Citoesqueleto .................................................................. 241

3.

Centríolos, cílios e flagelos ........................................ 242

4.

Ribossomos ..................................................................... 243

5.

Peroxissomos ................................................................. 245

Glicólise ................................................................ 275 Formação de acetil-CoA e ciclo de Krebs .... 276

6.

277

Cadeia respiratória ........................................... 278

Fermentação .................................................................. 279 6.1. 6.2.

Fermentação lática ........................................... 279 Fermentação alcoólica ................................... 280

Tema para discussão: Como discussão: Como adquirir um bom condicionamento físico ............

281

Colocando em foco: peroxissomos foco: peroxissomos e doenças .............. 245

Retomando .............................................................................. Retomando .............................................................................. 282

Retículo endoplasmático ........................................... 245

Ampliando e integrando conhecimentos ...................... conhecimentos ...................... 282

6.

Colocando em foco: o foco: o retículo endoplasmático e a tolerância ao álcool ...............

Testes ....................................................................................... 246

7.

Complexo golgiense ..................................................... 247

8.

Lisossomos ..................................................................... 8.1. 8.2.

248

Capítulo 12 • Núcleo, divisões

Função heterofágica ....................................... 248 Função autofágica ........................................... 249

Colocando em foco: lisossomos foco: lisossomos e doenças humanas ..........................................

249

Vacúolo de suco celular ..............................................

250

9.

Despertando ideias: Separando ideias: Separando e identificando pigmentos ....................................... 250 10.

Vacúolo pulsátil .............................................................

251

11.

Plastos ..............................................................................

252

12.

Mitocôndrias ..................................................................

252

Tema para discussão: Citoesqueleto, discussão: Citoesqueleto, cílios, flagelos e você .............................

253

Retomando .............................................................................. Retomando .............................................................................. 254 Ampliando e integrando conhecimentos conhecimentos ...................... 254 Testes ........................................................................................

257

celulares e reprodução Pense nisso ..............................................................................

288

Despertando ideias: A ideias: A importância do núcleo núcleo ...... ........... .....

288

2.

Envelope nuclear ..........................................................

289

3.

Nucleoplasma e cromatina ......................................

289

4.

Nucléolo ..........................................................................

290

5.

Divisão celular: noções gerais ...................................

291

6.

Ciclo celular ..................................................................... 292

7.

Interfase .......................................................................... 292

Colocando em foco: entendendo foco: entendendo a base biológica do câncer ......................................... 8.

Capítulo 11 • Metabolismo

2.

3.

8.2. 8.3.

Reações químicas, acoplamento de reações e ATP .................................................................................. 259 Transportadores de hidrogênio: NAD +, NADP+ e FAD FAD .......................................................

8.4.

258

294

O controle do ciclo celular .............................. 295

Mitose em células animais ............ ............................ 8.1.

energético 1.

287

Núcleo .............................................................................

1.

7.1.

Pense nisso ..............................................................................

286

295

Prófase .................................................................. 295 Metáfase ............................................................. 296 Anáfase ............................................................... 296 Telófase e citocinese ........................................ 297

Colocando em foco: cariótipo foco: cariótipo e idiograma ..................

298

9.

Mitose em células vegetais .......................................

299

10.

Meiose .............................................................................

299

261

10.1.

Fotossíntese .................................................................... 262

10.2.

Meiose I ............................................................... 300 Meiose II ............................................................... 302

Despertando ideias: Luz ideias: Luz e fotossíntese ......................... 262

11.

A divisão celular das bactérias ................................. 303

Origem do oxigênio e fotossíntese bacteriana ........................................................... 263 Luz e pigmentos fotossintetizantes fotossintetizantes ........... 264

12.

Reprodução ..................................................................... 303

3.1.

3.2.

Despertando ideias: ideias: A A influência da luz na percepção das cores ..................... 265 Despertando ideias: ideias: Quais Quais comprimentos de onda são importantes para a fotossíntese? .................................. 265 3.3.

As etapas da fotossíntese ............................... 267

Colocando em foco: foco: como como milho, abacaxi e outras plantas tropicais fixam carbono? ............................... 272 4.

Quimiossíntese .............................................................. 274

12.1. 12.2.

Reprodução assexuada ................................... 303 Reprodução sexuada ...................................... 304

Tema para discussão: Consequências discussão: Consequências da não disjunção dos cromossomos na meiose humana ...................

304

Retomando .............................................................................

306

Ampliando e integrando conhecimentos .....................

306

Testes ......................................................................................... 310

Indagação científica ...................................................... 312 Sugestões de consulta ................................................. 318 Gabarito ............................................................................... 320


Unidade 1

O que guia a vida é… um pequeno fluxo, flu xo, mantido pela luz do Sol. Albert Szent-Györgyi (1893-1986), fisiologista húngaro ganhador do prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia de 1937, por seus estudos relacionados ao ácido ascórbico (vitamina C).

O G I R A M O I D U A L C Z I U L

12


Por que estudar o mundo em que vivemos? Uma resposta direta e óbvia da importância de estudarmos o mundo em que vivemos é o fato de morarmos nele. Para que a vida continue a existir neste mundo, precisamos entender como ele funciona, quais são os elementos que o compõem e como esses elementos interagem. Precisamos saber quais são e como são os seres vivos que compartilham o planeta com nossa espécie, quais as interações entre os diferentes seres vivos e entre eles e os fatores físicos e químicos do ambiente, de modo que possamos ter uma visão mais abrangente e responsável sobre nossos atos. E não é só isso! Nosso planeta não está só no Universo. A vida na Terra só existe devido a uma infinidade de fenômenos cósmicos muito especiais envolvendo energia e matéria. Conhecer um pouco sobre o Universo é importante para entender a vida e o planeta em que vivemos e, consequentemente, fazer escolhas mais conscientes sobre estilo de vida, o que inclui a conduta em relação ao uso sustentável do planeta. Convidamos você a desvendar a intrincada rede de interações que existe entre os diferentes componentes do mundo do qual você faz parte.

Entender a vida e seus mistérios nos desperta para olharmos o mundo com mais re sponsabilidade.


13

Cap tulo 1

Introdução à Biologia I N A S I D N A C O N A I C U L

Figura 1.1. Descobrir a natureza, desvendar seus mistérios, mergulhar em sua fisionomia. Escolhemos uma fotografia da nascente do Rio Sucuri, no Mato Grosso do Sul, para fazer um convite mais do que especial: ingressar no universo da Biologia. As águas cristalinas, com peixes e plantas aquáticas, assim como as árvores do entorno, formam uma paisagem que instiga o desejo por saber mais. Desfrute dessa imagem e embarque nessa viagem de grandes aprendizados.

• O que você espera aprender estudando Biologia? • Como essa ciência pode contribuir para sua formação formação como cidadão? • Se você fosse fosse estudar a nascente nascente do Rio Sucuri, por onde onde começaria? começaria? Como organiza organizaria ria seu estudo? Quais fatores levaria em cons consideração? ideração? O que procuraria investigar? 14


1. Biologia: ciência da vida A palavr palavraa biologia significa significa "estudo da vida" (do grego bíos = = vida; logia = estudo) e é empregada para denominar uma ciência que se preocupa em compreender os mecanismos que regem a vida. Na Biologia estuda-se, por exemplo, a origem e a evolução dos seres vivos, as relações dos seres vivos entre si e com o meio ambiente, o modo como os organismos se mantêm vivos e se reproduzem e noções de higiene e saúde. De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), o estado de saúde de uma pessoa envolve o completo bem-estar físico, mental e social, e não apenas a ausência de doenças. Noções de higiene e saúde são importantes, pois estamos a todo o momento tomando decisões sobre o que e quando comer ou beber, por que e quais exercícios físicos fazer, enfim, sobre muitos aspectos que compõem o nosso estilo de viver (fig. 1.2). Estudar Biologia também nos ajuda a entender os mecanismos básicos relacionados à alimentação, ao sexo, às doenças sexualmente transmissíveis como a Aids e discute os malefícios do fumo, das bebidas alcoólicas e de outras drogas. Deste modo, procuraremos levar a você conhecimentos importantes para que suas escolhas quanto à manutenção da saúde sejam conscientes e para que você tome decisões mais responsáveis sobre a sua própria vida. O estudo da Biologia, assim como de outras disciplinas, deve proporcionar a você a possibilidade de entrar em contato com diversas questões ligadas à ética e à cidadania. Falamos em ética quando nos referimos a valores e princípios que norteiam a conduta humana, buscando o bem social. Por exemplo, ao tratarmos de temas como manipulação do material genético dos seres vi-

vos, produção de organismos transgênicos, clonagem, células-tronco e problemas com o lixo e com o esgoto, seus valores éticos serão importantes para a sua análise crítica nas discussões. Falamos em cidadania quando nos referimos a um conjunto de normas que garantem a todos nós a possibilidade de participar ativamente da vida e do governo de nosso povo. Exercer cidadania é justamente ser ativo nessa tarefa. Para que sejamos cidadãos responsáveis, devemos ser capazes de fazer escolhas, conscientes dos nossos direitos e deveres como indivíduos e dos direitos e deveres das outras pessoas, buscando o nosso bem-estar e o da coletividade. Exercemos cidadania quando analisamos questões que permeiam os âmbitos social, político e econômico como a implantação de indústrias em determinadas regiões, o controle de poluentes, a construção de estradas, edifícios, usinas hidrelétricas e muitos outros casos. Nesses exemplos, é importante, como cidadão, ter noções mínimas de características do meio ambiente para poder avaliar ou reconhecer diversas opiniões sobre o assunto. Devemos estar atentos se medidas de respeito à natureza estão sendo empregadas e se as intervenções humanas no ambiente trarão ou não prejuízos. É importante procurar saber se uma determinada obra terá um desenvolvimento eficiente em termos ecológicos, ou seja, se as interações entre as intervenções humanas e o ambiente não trarão prejuízos para o ambiente e os seres vivos. Ao longo dos livros desta coleção, você encontrará situações nas quais poderá atuar como multiplicador de princípios e atitudes éticas junto à sua comunidade. Essa é uma forma de mobilização popular e você estará exercendo cidadania.

S E G A M I R E H T O / T H G I L T S R I F

Figura 1.2. Um dos caminhos para o bem-estar é a interação física e mental saudável com a natureza que nos cerca e da qual fazemos parte.


15

Colocando em foco : a ISO, o verde e você A International Standardization Organization (ISO), que em português significa “Organização Internacional de Normatização”, é uma entidade mundial fundada em 1947 para desenvolver normas internacionais que garantam a qualidade dos produtos da indústria e do comércio. O conjunto de sistemas de gestão de qualidade compõe a chamada ISO 9 000. Ela garante ao consumidor c onsumidor que padrões p adrões internacionais foram tomados para assegurar a sua qualidade final. Para a empresa, a ISO 9 000 proporciona maior aceitação de seus produtos e serviços pelos consumidores e pelos mercados internacionais, já que alguns exigem essa certificação para a entrada deles em seus países.

O

M

W / S E

G A M I

Y T T E

/ G K T O C

N K S T H I N

Figura 1.3. A ISO verde é uma norma internacional que estabelece diretrizes para a gestão ambiental nas empresas.

Atualmente, a ISO também certifica empresas com base na ISO 14 000, a chamada ISO verde (fig. 1.3). O Atualmente, objetivo dessas novas normas é estabelecer diretrizes para a gestão ambiental nas empresas, no que diz respeito aos impactos imediatos e de longo prazo, tanto de produtos como de projetos e processos industriais. Ao considerar esses impactos, devemos sempre procurar conhecer sua origem, de maneira que o planejamento permita que eles sejam evitados ou reduzidos. Para tanto, o conhecimento que a Biologia gera é fundamen fundamental. tal. No mundo corporativo atual, nem sempre a “consciência ecológica” é suficiente para que uma empresa resolva adotar a ISO verde. No entanto, há diversos outros motivos para que isso seja feito, dentre os quais podemos citar: • aumento na fiscalização governamental, que está mais atenta aos desvios operacionais. Isso tem levado as empresas a adotar sistemas de gestão que diminuam as ocorrências de acidentes ambientais ou desastres ecológicos; •

acidentes ambientais são passíveis de processos e multas;

• desejo de lucrar com o mercado de “produtos verdes”, isto é, ecologicamente corretos; • otimização de processos com foco em maiores lucros — redução da geração de resíduos empregando processos mais “enxutos” que diminuam o desperdício de matéria-prima e de energia; • altos custos das apólices de seguro por acidentes ecológicos.

E você? Considerando seus valores éticos, quais seriam seus motivos, como cidadão, para comprar um produto com certificação ISO verde? Texto escrito especialmente para este livro por Carlos Eduardo Rogério, administrador de empresas.

2. A Biologia como ciência A palavra “ciência” vem do latim scientia, que significa conhecimento. O termo “ciência” pode ser interpretado de diferentes maneiras, que são amplamente discutidas na área da Filosofia. Adotaremos como concepção de Ciência um modo organizado de buscar e analisar evidências sobre a história e o funcionamento do mundo natural. Assim, um dos objetivos da Ciência é fornecer explicações para eventos do mundo natural. Outro objetivo é usar essas explicações para entender padrões na natureza e fazer previsões do que pode acontecer em dados eventos naturais. A Ciência gera conhecimento e é dinâmica, ou seja, está em constante desenvolvimento. Embora a quantidade de conhecimentos científicos esteja crescendo rapidamente e hoje saibamos bastante sobre o mundo natural, há ainda muitos 16


conhecimentos a serem produzidos e descobertos. Muitas perguntas sobre a vida, sobre o mundo e sobre fenômenos que observamos ainda nem foram feitas, e há perguntas que, apesar de já terem sido feitas, continuam sem respostas, mesmo que muitas pessoas tenham colaborado e estejam colaborando para solucioná-las. Pode parecer estranho, mas quase todas as descobertas científicas trazem mais perguntas do que respostas. Em certos casos, descobertas nos levam a interpretações completamente diferentes das que tínhamos até então, mudando nossa visão de mundo. Isso é uma consequência do dinamismo da Ciência. A constr construção ução do conheci conhecimento mento cientí científico fico é feita com base em princípios que compõem a metodologia científica .

E agora? Será que quebrou? Antes de falarmos mais sobre metodologia científica, vamos pensar em uma situação do cotidiano. Por Por exemplo: você está ouvindo música e, de repente, o rádio para de funcionar. O que você faz? Antes de continuar a sua leitura, pare um pouco, pense e responda o que qu e você faria. Você poderia usar os conhecimentos que tem sobre o funcionamento de um rádio e propor uma ideia que possa ser testada, tentando explicar por que ele parou de funcionar. Você poderia pensar: as pilhas estão fracas. Para testar essa ideia, você troca as pilhas por novas e tenta ligar o equipamento novamente. Se o aparelho voltar a funcionar, dizemos dizemos que essa ideia foi corroborada corroborada,, ou seja, o rádio ter voltado a funcionar confirma a ideia de que as pilhas estavam fracas. Se continuar não acontecendo nada, a ideia deve ser substituída por outra que possa ser testada, e assim por diante, até que se descubra o que aconteceu. Proponha outra situação do seu cotidiano que se assemelhe ao problema do rádio que parou de funcionar. Procure estabelecer procedimentos para solucioná-lo. Professor(a), é importante desenvolver com os estudantes a atividade 1: "Desvendando a caixa-preta", descrita no Manual do Professor na seção 10.2. Com ela pode-se trabalhar elaboração de hipóteses, interpretação de resultados e elaboração de modelos.

A metodo metodologia logia científica assemelha-se assemelha-se ao proce processo sso de descobrir porque o rádio parou de funcionar: a partir de uma pergunta buscamos respostas com base no que já sabemos sobre aquel aquelee assunto assunto e formulamo formulamoss uma explicação que possa ser testada, a hipótese. As hipóteses, para serem consideradas científicas, precisam ser testáveis, ou seja, passíveis de testes. As hipóteses não podem ser provadas, apenas validadas, pois, mesmo depois de mil resultados de acordo com uma hipótese, basta um resultado contrário para derrubá-la. Vamos ver um exemplo. Considere a pergunta: qual a cor das penas dos cisnes? Com base em observações prévias em vários lagos, minha hipótese é de que todos os cisnes são brancos. Agora preciso testar essa hipótese fazendo uma dedução. SE todos os cisnes são brancos, ENTÃO o próximo cisne que eu encontrar será branco. Posso encontrar centenas de cisnes brancos que comprovam essa hipótese, mas basta encontrar apenas um cisne negro que a hipótese é refutada. Por mais estranho que pareça, uma hipótese, para ser científica, precisa ser falseável. Essa maneira de estruturar a investigação é chamada de hipotético-dedutiva ; a partir do geral procura-se explicar o particular. A dedução é uma previsão sobre quais resultados deveríamos esperar se uma hipótese for correta. O teste da hipótese pode ser feito de diferentes maneiras, com experimentos, com a observação da natureza e com a interpretação do que foi observado. Muitas vezes as respostas às perguntas são buscadas por meio da chamada narrativa histórica , em que evidências concretas de fatos passados são interpretadas, e essas interpretações, por mais lógicas que sejam, nem sempre podem ser experimentalmente testadas. Por outro lado, quando o teste é feito por meio de experimentos, deve-se trabalhar com dois grupos:

•

um experimental : aquele em que se promove alteração em um fator a ser testado, deixando todos os demais fatores sem alteração;

um controle : que é submetido aos fatores sem nenhuma alteração. Assim, pode-se testar um fator por vez comparando os resultados obtidos no grupo experimental com o que foi obtido no grupo controle. Ocorrendo diferenças entre os resultados do grupo experimental e do controle, elas são atribuídas ao fator que está sendo testado. Não ocorrendo diferenças, pode-se dizer que o fator analisado não interfere no processo em estudo. As conclusõe conclusõess que forem forem tiradas tiradas podem ser ser o ponto ponto de partida para novas hipóteses e assim por diante. Os cientistas compartilham informações por meio de publicações (como as chamadas revistas científicas), encontros, congressos e comunicações pessoais. Com isso, hipóteses são constantemente debatidas. A figura 1.4 1.4 da página seguinte seguinte resume resume o que foi foi explicado. Note no diagrama que a maioria das etapas está ligada com setas que possuem dois sentidos, ou seja, a interligação entre as etapas muitas vezes é cíclica. Além da divulga divulgação ção do trabal trabalho ho entre os pesqui pesqui-sadores, é importante que toda a sociedade possa ter acesso a informações, resultados e conclusões das pesquisas feitas. A transposição desse conhecimento científico para a sociedade pode ser feita, por exemplo, pelos livros didáticos, como este que você está lendo, por revistas e jornais de grande g rande circulação, circulação, por sites de de instituições de pesquisa e de meios de comunicação confiáveis, por programas televisivos e outros. Em cada caso, há uma linguagem específica para a transmissão dessas informações. As características dos diferentes estilos de •


17

linguagem são alvo de estudo de uma grande área do conhecimento e que você entrará em contato de forma mais aprofundada na disciplina de Língua Portuguesa. Textos científicos, didáticos e de divulgação possuem características próprias, pois têm como objetivos atingir o público a que se destinam e ter repercussão.

Faça uma pergunta

Faça uma observação

Formule uma hipótese

Analise os resultados

Escreva suas conclusões

Teste a hipótese

Não

Elas dão suporte a sua hipótese? Sim

Comunique os resultados S I B

Figura 1.4. Diagrama das etapas da metodologia científica.

A pesquisa científica pode levar à formulação de uma nova teoria . As teorias são formuladas quando há evidências consistentes em vários trabalhos científicos, que dão suporte às hipóteses a que estão relacionadas. Na linguagem popular, a palavra teoria é tratada como sinônimo de hipótese, possibilidade ou mesmo suposição. Em Ciência, no entanto, a palavra teoria tem outro significado. De acordo com o físico Stephen Hawking, uma teoria deve satisfazer a dois requisitos: precisa descrever com precisão um número razoável de observações, com base em um modelo que contenha poucos elementos arbitrários; e deve prever, com boa margem de precisão, resultados de observações futuras. Uma teoria não é uma verdade absoluta. Muitas teorias já foram refutadas ao longo da história da Ciência. Você terá exemplos disso ao longo de seu curso no Ensino Médio, ao estudar as diferentes ciências, como Biologia, Química e Física. O biólogo norte-americano Stephen J. Gould (1941-2002) escreveu: “Os fatos são os dados do mundo. As teorias são estruturas que explicam e interpretam os fatos. Os fatos continuam a existir enquanto os cientistas debatem teorias rivais para explicá-los”. explicá-los”. 18


As teorias científicas descrevem hipóteses bem testadas para uma ampla gama de fenômenos e são diferentes das leis científicas. As leis são descrições específicas e concisas sobre como se espera que se comporte determinado aspecto do mundo natural, em uma dada condição. Um exemplo é a Lei da Inércia. Segundo essa lei, um corpo tem a tendência de manter o seu estado de repouso ou de movimento, desde que nenhuma força atue sobre ele. A Lei da Inércia explica, por exemplo, a importância do uso de cinto de segurança nos veículos. Em uma batida de frente, o carro para repentinamente, mas, por causa da inércia, os ocupantes do carro continuam em movimento. O cinto de segurança é um dispositivo presente nos carros que impede que esse movimento traga consequências drásticas para os ocupantes do veículo. Ao longo desta coleção, descreve descreveremos remos experi experi-mentos ou observações para que você junto com seus colegas de classe e sob orientação de seu(sua) professor(a) façam interpretações e cheguem a conclusões. Haverá também oportunidades em que você partirá de uma pergunta ou ponto a ser demonstrado e você mesmo conduzirá o experimento, registrando seus próprios dados.

3. Biologia e outros saberes A Biolo Biologia gia faz parte de uma área maior do conhe conhe-cimento chamada Ciências da Natureza, que inclui também Química e Física. Essas três ciências têm uma relação muito próxima com a Matemática. Nesta coleção, buscamos evidenciar isso, mostrando a você que muitos conceitos de Biologia são interligados à Química e à Física e que a Matemática é fundamental na interpretação e no tratamento de diversas informações. Vamos a dois exemplos: ao falarmos em equilíbrio térmico nos seres vivos, você perceberá que estamos tratando de princípios e conceitos estudados também nas disciplinas de Física e Química; ao analisarmos as moléculas que formam o corpo dos seres vivos, estamos utilizando os mesmos conceitos sobre molécula que você estudará em Química. Há ainda muitos outros exemplos dessa integração, e certamente você os perceberá ao estudar as disciplinas desta área de conhecimento. A essa integra integração ção somamsomam-se se também outra outrass área áreass do conhecimento, como as Ciências Humanas. Você verá, por exemplo, que a Geografia e a Biologia dialogam em vários momentos, como nos estudos sobre ecossistemas, crescimento da população humana, problemas ambientais, entre outros. Além disso, você perceberá que a construção do conhecimento científico permeia os diferentes momentos históricos da humanidade e os contextos econômico, social e cultural têm papel determinante para os rumos do desenvolvimento científico. Assim, Histór História, ia, Filosof Filosofia ia e Socio Sociologia logia são fundame fundamentais ntais para a compreensão do desenvolvimento da Biologia e de como essa ciência se encontra atualmente. A comunicação entre pessoas, o modo como regisregistramos nossos pensamentos e transmitimos nossas ideias dependem de outra grande área do saber, que é a de Linguagens e Códigos. Essa área inclui as disciplinas de Língua Portuguesa e Língua Estrangeira, Arte e Educação Física. Lançamos mão a todo o momento de conteúdos dessas áreas para nossa comunicação e interação, o que evidencia a importância do domínio desses saberes para o aprendizado e a prática da Biologia. No caso da Educação Física, a interação com a Biologia é enorme, pois envolve conhecimentos do funcionamento do nosso corpo. Quando os saberes de uma disciplina mantêm um diálogo permanente com os saberes de outra disciplina, falamos em interdisciplinaridade. A interdisciplinaridade é uma característica das explicações. Fenômenos naturais não são compartimentalizados em disciplinas. Sua descrição, ou explicação, envolve elementos de várias áreas do saber. A figura figura 1.5 repres representa enta bem bem o significad significado o que querequeremos passar para você. Na natureza existem padrões que

Professor(a), veja comentário no Manual.

só se explicam pela integração de conhecimentos mais específicos de diferentes áreas. Vamos imaginar que cada tinta colorida corresponda aos saberes associados a uma disciplina ou área do conhecimento. Para explicarmos os fenômenos naturais, precisamos da interação desses vários saberes, o que é representado pela fotografia seguinte, na qual as tintas estão misturadas, mas ainda é possível reconhecer as cores que representam as especificidades de cada saber. Nessa segunda imagem ainda podemos reconhecer mais uma ideia, que nunca poderia ser descrita apenas com a informação contida na imagem superior: é o padrão com que as cores se distribuem na pintura. Esse é o produto do artista! S E G A M I Y T T E G / K C O T S K N I H T

A I D E M O I D / E C R U O S E G A M I / D N A L R O M T S E W T R A U T S

Figura 1.5. Os saberes são organizados de maneira que seja mais fácil estudar e compreender suas especificidades, mas para fazer explicações de fenômenos naturais naturais é necessário integrar conhecimentos conhecimentos de vários saberes.

Nesta coleção, pretendemos trabalhar, sempre que for possível, com uma perspectiva interdisciplinar no texto e nas atividades, mas esperamos que você adquira a habilidade de reconhecer a interdisciplinaridade sozinho, compreendendo que o conhecimento não é algo isolado em disciplinas. Explicações interdisciplinares são mais consistentes e completas quando estamos tratando de fenômenos naturais, que geralmente envolvem aspectos físicos, químicos e biológicos. Você vai perceber isso! Capítulo 1 • Introdução à Biologia

19

4. Os níveis hierárquicos de organiz organização ação biológica A enorme diversidade diversid ade de temas que são estudados pela Biologia Biologi a pode ser organizada em níveis hierárquicos hi erárquicos como os mostrados na figura 1.6. Cada nível tem seus próprios métodos e explicações, que trazem informações integradas na solução das questões biológicas.

Níveis de organização Comunidade: conjunto de populações de espécies distintas que vivem em um mesmo local.

Ecossistema: comunidade + fatores abióticos (luz + água + solo e outros).

Biosfera: conjunto dos Biosfera: conjunto ecossistemas da Terra.

Sistema: conjunto de órgãos que interagem para a execução de certas funções.

Sistema muscular

Organismo: conjunto de sistemas

Músculo


Órgão: conjunto de tecidos que interagem para a execução de certas funções.

População de sapos

Sapo

População: conjunto de indivíduos da mesma espécie que vivem em um mesmo local.

Tecido muscular

Água Célula muscular

Tecido: conjunto de células e substância intercelular que interagem para a execução de certas funções.

Célula: unidade morfológica e funcional dos seres vivos.

Moléculas

Figura 1.6. A Biologia é uma Ciência que pode ser apresentada em níveis de organização. Cada nível tem suas próprias explicações e teorias, o que torna essa Ciência especialmente complexa. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia cores-fantasia.) .)

Neste livro, começaremos começaremos o nosso estudo pelo planeta Terra como ele é hoje, abrangendo a biosfera e passando pelos ecossistemas, comunidades e populações, que são níveis hierárquicos de organização estudados por uma das grandes subdivisões da Biologia: a ecologia. Uma vez compreendida a estrutura e algumas bases sobre o funcionamento do nosso planeta na atualidade, passaremos a fazer uma retrospectiva de como poderia ter sido o planeta Terra desde sua ori20


gem. Será que a Terra sempre foi como a conhecemos hoje? Discutiremos hipóteses sobre a origem e a evolução da unidade morfológica e funcional dos seres vivos, que é a célula. A subdivisão da Biologia que se ocupa do estudo da célula é a citologia, ou biologia celular. Para compreendermos esse tema, precisaremos de noções de bioquímica, que serão dadas na quantidade e na profundidade suficientes e adequadas ao Ensino Médio.

5. Características dos seres vivos Antes de falarmos sobre sobre as características do seres vivos, realize realize a atividade descrita no boxe boxe a seguir. seguir.

Vida em Marte? Leia os seguintes trechos retirados de reportagens. “Provavelmente “Provavelmen te existiu vida em Marte”, afirma a engenheira brasileira que trabalha na Nasa (…) [o objetivo da missão Curiosity em Marte é] a procura da vida. É um quebra-cabeças que estamos montando

pouco a pouco. Nossa missão é saber: existe ou já existiu vida em Marte? Se existiu, o que aconteceu para não existir mais? Essa é a grande pergunta que os cientistas querem qu erem responder. responder. Marte é tão parecido com a Terra. Terra. Queremos saber se o que aconteceu lá pode acontecer com a Terra. Terra. (…) Disponível em: . Acesso em: fev. 2013.

Alô, alô, marciano (…) o fato de Marte ter estado, há bilhões de anos, na chamada zona habitável do nosso Sistema Solar — faixa do

espaço com maiores condições de abrigar vida — reforça a possibilidade de se encontrar vestígios de vida no planeta. “Devido à maior atividade solar no passado, essa zona habitável ficava mais afastada do Sol e incluía a órbita de Marte”, explica a geneticista e especialista em astrobiologia Claudia Lage, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Disponível em: . Acesso em: fev. 2013.

Regiões hostis da Terra podem ajudar a achar vida em Marte

Equipes de pesquisadores têm trabalhado a todo vapor no n o ambiente gélido de uma ilha no oceano Ártico e na região mais seca do planeta — o deserto do Atacama, no Chile —, com o objetivo de mapear essas áreas e desenvolver novas técnicas e instrumentos que auxiliem na busca por p or vida em Marte. Disponível em: . Acesso em: fev. 2013.

Questões

1. Como você leu nos textos acima, cientistas buscam saber se há ou se houve vida em Marte e procuram identificar evidências de vida ou de algumas das características — parecidas com as da Terra Terra — indispensáveis para a vida. Em sua opinião, que características são essas?

2. Analise as imagens a seguir (fig. 1.7), obtidas de sondas enviadas a Marte, e explique se alguma delas apresenta evidências das características que você citou na questão anterior.

A

K C O T S N I T A L / S I B R O C / 1 G N I K I V / K C O T S N I T A L

B

S E G A M I W O L G / O T O H P P A / B A L N O I S L U P O R P T E J / O H


21

C

A S A N / O T O H P P F A

D

S E G A M I W O L G / S E R U T A E F X E R

Figura 1.7. A, B, C, e D : Conjunto de fotografias da superfície de Marte.

respostas que cada um deu às questões 3. Forme um grupo com mais três ou quatro colegas de classe e, juntos, discutam as respostas 1 e 2. Vocês deverão fazer um registro que reúna as respostas de consenso do seu grupo. Seu grupo deve discutir os registros que fizeram com os demais grupos da classe e, em seguida, toda a sala deve se organizar para elaborar o registro da turma. Esse registro, único da sua turma, pode ser publicado no blog da da classe, seguindo as orientações do seu(sua) professor(a). A quais soluções vocês chegaram sobre os problemas p roblemas propostos? Professor(a), veja orientações no Manual.

Como já comentamos, a Biologia é o estudo da vida. Mas o que é vida? Para responder a essa pergunta, muitas considerações teóricas e filosóficas foram e ainda são feitas. Essas considerações têm se tornado cada vez mais relevantes nas pesquisas sobre origem e evolução da vida e também nas investigações sobre a existência de vida fora da Terra. Terra. A resposta a essa pergunta, se é que algum dia teremos uma resposta, não está restrita aos conhecimentos biológicos. Físicos, químicos, bioquímicos, astrônomos, geólogos, entre outros profissionais, também estudam a origem da vida. Essa integração se torna evidente em uma área interdisciplinar de estudo surgida na década de 1960, chamada astrobiologia, ou exobiologia ou ainda xenobiologia. A astrobiologia preocupa-se em descobrir como a existência de vida se tornou possível na Terra e se já houve, ou há, vida em outros corpos do Sistema Solar e até mesmo fora dele. Mesmo que não consigamos definir exatamente o que é vida, os seres vivos compartilham algumas características, citadas a seguir: Os seres vivos v ivos são formados por células, estruturas delimitadas por membrana e que contêm em seu interior citoplasma e material genético. Há organismos formados por uma só célula (unicelulares) e organismos formados por várias células (multicelulares). •

22


•

•

•

•

Os elementos químicos mais abundantes no corpo dos seres vivos são carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P) e enxofre (S). O carbono é o elemento fundamental para a formação de substâncias orgânicas, caso dos carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucleicos (DNA e RNA). Além de substâncias orgânicas, no corpo dos seres vivos há também substâncias inorgânicas, caso da água e dos sais minerais. Os seres vivos mantêm o meio interno constante mesmo quando as condições externas mudam. Essa propriedade é chamada homeostase. Os seres vivos podem se reproduzir, isto é, podem dar origem a descendentes. São duas as formas de reprodução: a assexuada , na qual um único indivíduo produz descendentes iguais a ele, e a sexuada, em que há formação e união de gametas. Na reprodução sexuada, a união dos gametas forma uma célula, a qual dará origem ao indivíduo que não será idêntico aos pais, mas que guarda semelhaças com eles. Os seres vivos precisam de água para para sobreviver. Embora existam formas de resistência que permanecem dormentes na ausência de água, assim que a água fica novamente disponível, a dormência é quebrada e o organismo passa a viver normalmente.

•

•

Os seres vivos obtêm e usam matéria e energia para seu crescimento, desenvolvimento e reprodução. A combinação de reações químicas pelas quais um organismo constrói ( anabolismo) ou quebra ( catabolismo ) matéria chama-se metabolismo. Os seres vivos crescem graças aos processos metabólicos. Os seres vivos apresentam material genético. As moléculas de DNA apresentam complexas infor-

•

•

mações que controlam e comandam as diferentes funções dos seres vivos, como crescimento e reprodução. Os seres vivos detectam e responde respondem m a estímulos do meio. Têm, assim, capacidade de reação. Populações de seres vivos evoluem, ou seja, ao longo das gerações, populações apresentam mudanças e podem dar origem a novas espécies.

6. Evolução, o princípio unificador da Biologia O entendimento de que as populações de seres vivos evoluem passou por uma longa discussão envolvendo pesquisadores e sociedade. A história da Ciência tem muito a nos contar sobre isso. As ideias evolutivas ainda provocam algumas polêmicas e discordâncias, mas, para a grande maioria da comunidade científica, a evolução é o eixo central da Biologia. Antes da compreensão compreen são de que as espécies es pécies mudam ao longo do tempo, e que essas mudanças influenciam as capacidades de sobreviver e de se reproduzir, podendo levar ao surgimento de novas espécies, acreditava-se no fixismo. Essa corrente de pensamento afirmava que o número de espécies existentes era o mesmo desde a criação do mundo e que os organismos sempre existiram com as características que possuem. Essa ideia foi e ainda é contestada por vários cientistas, com base em grande quantidade de dados

Figura 1.8. Charles Darwin (1809-1882).

coletados na natureza e em estudos experimentais. Vamos V amos coment comentar ar as ideias de dois importa importantes ntes naturalistas ingleses que, em suas observações feitas em viagens pelo mundo, chegaram de forma independente à conclusão de que as espécies mudam ao longo do tempo, ou seja, evoluem, e que a evolução ocorre por seleção natural. Esses naturalistas são Charles Robert Darwin (fig. 1.8) e Alfred Russel Wallace (fig. 1.9). Embora tenham chegado independentemente às mesmas conclusões, suas ideias foram apresentadas para a comunidade científica em um mesmo evento, em 1858. No ano seguinte, Charles Darwin publicou a primeira edição do livro que começou a mudar a história da Biologia: A origem origem das das espécies espécies pela Seleç Seleção ão Natur Natural al . Antes de apresentarmos as ideias que explicam como ocorre e o que é a seleção natural, realize a atividade descrita no boxe a seguir.

Figura 1.9. Alfred Wallace (1823-1913).

C K

E

C I E N S C

T O I N S L A T Y / L A R R B B I T O L P H O

G E O R G

E B E R N A R

D

/ S

P L / L

A T

I N S T

O C K


23

Jogo presa-predador Objetivo Simular o que pode acontecer com as características dos indivíduos que compõem uma população de presas, em função da ação de predadores, em diferentes ambientes. Os ambientes serão representados pelos tabuleiros e a população de presas, por pedaços pequenos de cartolina. Os predadores serão representados por você e seus colegas de grupo.

Materiais Para fazer os tabuleiros e a população de presas, vocês vão precisar de: • cartolina branca e cartolina de

qualquer cor, por exemplo, vermelha;

• tesoura de ponta romba; • régua; • lápis; • caderno para anotações.

Montagem Tabuleiro: recortar um quadrado de 30 cm de lado da cartolina branca e outro da cartolina vermelha. Presas: recortar recortar 50 quadradinhos brancos e 50 quadradinhos vermelhos com 1 cm de lado.

Como jogar 1. Esse jogo deve ser realizado realizado em grupo de, no máximo, máximo, cinco alunos. alunos. Para que toda a classe classe participe no mesmo ritmo, todos os grupos devem começar e terminar cada rodada sob a direção do(a) professor(a). 2. Sobre o tabuleiro tabuleiro branco, espalhe 12 quadradinhos quadradinhos vermelhos e 12 brancos. Cuidado para não não deixar um encobrir encobrir o outro. 3. Serão feitas cinco rodadas de 10 segundos segundos cada uma. Em cada rodada, uma pessoa do grupo assumirá o papel de predador. O objetivo do predador será retirar do tabuleiro, um a um, o maior número possível de quadradinhos (não importa a cor), em um intervalo de tempo de 10 segundos. Depois disso, restarão restarão apenas alguns quadradinhos sobre o tabuleiro, que representam as presas sobreviventes. 4. Terminada essa rodada, as presas sobrevive sobreviventes ntes irão se reproduzir. Para representar esse processo, deve ser acrescentado um descendente (um quadradinho da mesma cor) para cada sobrevivente da população de presas. Assim, se sobrarem sobr arem dois quadradi quadradinhos nhos brancos bran cos e três tr ês vermelhos, vermelh os, deverão ser se r acrescentados acrescen tados mais mai s dois quadradiq uadradinhos brancos e mais três vermelhos antes de começar a próxima rodada. 5. Em cada rodada, no início e no final da sessão de captura, captura, deve-se contar contar o número de indivíduos brancos brancos e vermelhos sobre o tabuleiro, registrando registrando em uma tabela o número de indivíduos capturados e o número de sobreviventes. Caso uma das variedades fique sem indivíduos, o jogo termina com a sua extinção. 6. Uma vez completados os 5 ciclos de captura e reprodução (gerações), deve-se repetir repetir todo o processo, usando o tabuleiro vermelho.

24


Segue-se um modelo da tabela (fig. 1.10) que você deve reproduzir no caderno. Preencha com os dados obtidos por seu grupo. As colunas G1, G2, G3, G4 e G5 correspondem às 5 gerações, ou ciclos de captura e reprodução.

1ª- Etapa: Tabuleiro branco G1 Inicial

Brancos

G3

G4

12

G1

G5

Inicial Capturados

Sobreviventes

Sobreviventes 12

G2 G2

G3

G4

G5

12

Capturados

Inicial

Vermelhos Vermelho s

G2 G2

2 ª- Etapa: Tabuleiro Tabuleiro vermelho

Inicial

12

Capturados

Capturados

Sobreviventes

Sobreviventes

Figura 1.10. Modelo de tabela para a atividade.

Atividades Finalizado o jogo e preenchida a tabela, seu grupo deve: montar gráficos de linha (um para cada tabuleiro) com os números iniciais das 5 gerações, gerações, 1. Com os dados da tabela, montar para indivíduos brancos e vermelhos, separadamente. separadamente. Note que em cada gráfico aparecerão 2 traçados, um para cada variedade de cor. Compare os traçados, associando associando a cor dos indivíduos com a cor do tabuleiro.

2. Calcular as porcentagens de brancos e de vermelhos (categorias) (categorias) no início das diversas gerações e representá-las representá-las em dois gráficos, sendo um para o tabuleiro branco e outro para o tabuleiro vermelho. Para fazer esses gráficos, vamos aprender a usar uma representação que se chama barras empilhadas. Para isso, considere que as diversas barras (em nosso caso, 5) têm a mesma altura total, correspondendo a 100%. Cada uma é, então, subdividida em segmentos com alturas proporcionais às porcentagens das duas categorias (indivíduos brancos e ind ivíduos vermelhos).

3. Comparar os resultados entre os tabuleiros. Alguma variedade de cor tornou-se majoritária no decorrer das gerações? Caso isso tenha acontecido, compare a cor em questão com a cor do tabuleiro. As cores são iguais ou diferentes? Formule uma explicação para isso. Professor(a), veja mais informações no Manual.

Segundo a teoria da evolução por seleção natural, os indivíduos de uma população não são idênticos entre si e nascem mais indivíduos do que o ambiente pode suportar. Sem recursos em quantidades adequadas para todos os indivíduos, ocorrem disputas. Aqueles com característ características icas mais vantajosas para uma dada situação têm mais chances de conseguir os recursos do meio, sobreviver e, consequentemente, se reproduzir, passando essas características vantajosas aos seus descendentes. Esse processo, ocorrendo ao longo do tempo, leva a modificações na população. Assim, o meio é o agente que seleciona naturalmente aqueles indivíduos com características que lhes conferem maior adaptação a uma dada condição

ambiental. Mudando a condição ambiental, mudam-se as características selecionadas. A explicação do que gera a variabilidade na população e como ocorre a transmissão das características hereditárias só surgiu mais tarde, com o desenvolvimento de uma área da Biologia chamada genética. As noções de genética foram incorporadas às explicações evolutivas e, hoje, sabe-se que existem outros fatores importantes nos processos evolutivos. Sabe-se, por exemplo, que ao longo das gerações o DNA é transmitido das gerações parentais para as novas gerações e que variações nas populações podem surgir por mutações, que são modificações no DNA. Os processos evolutivos ainda são objetos de pesquisa e os cientistas Capítulo 1 • 1 • Introdução à Biologia

25

continuam a trazer contribuições para o entendimento da evolução, sendo essa uma das áreas da Biologia em pleno desenvolvimento desenvolvimento.. Para entendermos melhor o processo de seleção natural, vamos analisar um exemplo real de experimentação realizado na década de 1970 pelo zoólogo norte-americano John Endler. Endler montou seu experimento utilizando uma espécie de peixe de aquário bem popular, o lebiste (Poecilia reticulata ). Os machos dessa espécie têm manchas com coloração viva, que atuam na atração de fêmeas. Essas manchas, no entanto, atraem também predadores. Observações anteriores sugeriam que, nos locais onde havia grande quantidade de peixes predadores, os lebistes machos (fig. 1.11) tendiam a ter menos manchas coloridas, quando comparados àqueles que viviam em locais com menos predadores. Para verificar experimentalmente esse fenômeno, Endler colocou grupos de lebistes machos e fêmeas em três lagoas praticamen praticamente te idênticas. A caracter característiística que variava entre ent re essas lagoas era o fator “predadores”: enquanto em uma lagoa não havia predadores, na outra havia uma espécie predadora de lebistes e, na terceira, havia uma espécie de peixe que era predador, mas que não se alimentava de lebistes. As três lagoas foram deixadas nessas condições S E G A M I R E H T O / Y M A L A / L E K N I W K C I L B

por 20 meses, o que equivale a aproximadamente 7 gerações de lebistes. Após esse período, Endler analisou as populações do peixe e constatou que, na lagoa onde havia predadores de lebistes, os machos dessa espécie tinham significativamente menos manchas coloridas nas caudas do que aqueles deixados nas outras duas lagoas. Como essa característica é hereditária, essa experiência forneceu forte evidência de que a quantidade de manchas nas caudas de lebistes machos é uma característica que sofre seleção natural, pois os machos com menos manchas são menos predados, passando essa característica aos descendentes. Há ainda inúmeros outros exemplos exemp los de atuação da seleção natural na evolução. Um deles pode ser dado pelos pandas-gigantes, hoje ameaçados de extinção. O panda-gigante (fig. 1.12) vive nas florestas de bambu na China Oriental. Uma característica curiosa desses animais diz respeito a suas patas dianteiras: em vez de terem cinco dedos, como os demais mamíferos, eles têm seis. O sexto dedo é chamado “dedão” e é oponível, ou seja, dispõe-se em ângulo de 90 ° em relação aos demais, como o polegar na espécie humana. Essa disposição dos dedos confere ao panda-gigante a capacidade de segurar o caule do bambu, que é seu alimento favorito. Figura 1.11. Fotografia de um lebiste macho. Mede cerca de 3 cm de comprimento.

S E G A M I Y T T E G / I X A T / U S N E R E K

Figura 1.12. Panda-gigante. Mede cerca de 1,40 m de comprimento.

Professor(a), veja mais orientações no Manual. 26


O dedão do panda-gigante é, na realidade, um osso muito aumentado do punho, com tendões e músculos associados. Esses animais derivaram de ancestrais com cinco dedos. Em algum momento da história evolutiva, devem ter nascido pandas com um dos ossos do punho mais desenvolvido, formando um sexto dedo, oponível. Os pandas-gigantes de seis dedos devem ter se tornado mais aptos a segurar e, consequentemente, a comer mais bambu, sobrevivendo em maior número

que os demais e deixando mais descendentes com essa característica. Ao longo do tempo, teriam sobrevivido apenas os pandas-gigantes de seis dedos, pois todos os indivíduos atuais são assim. Nesta coleção, você perceberá que a visão evolutiva permeará todo o conteúdo, pois, nas palavras do biólogo ucraniano Theodosius Dobzhansky (1900-1975), “Nada em Biologia faz sentido a não ser sob a luz da evolução”.

Colocando em foco : seleção natural e resistência de bactérias a antibióticos Você já deve ter lido que um antibiótico deixou de ser eficiente para controlar determinada bactéria causadora de uma doença no ser humano. Isso ocorre porque as bactérias, como todos os seres vivos, sofrem pequenas mudanças de geração para geração. No caso das bactérias causadoras de doença, essas mudanças podem ter levado ao surgimento de indivíduos que respondem de modo diferente aos antibióticos. No início do tratamento de determinada doença com um antibiótico, muitas bactérias morrem, pois são sensíveis à droga. Entretanto, como os indivíduos não são idênticos entre si, nessa população de bactérias podem existir algumas que sejam resistentes ao remédio; se o tratamento não for feito de acordo com as orientações do médico, essas bactérias resistentes irão se reproduzir e originarão descendentes, em sua maioria, também resistentes à droga. Surge, então, uma nova população de bactérias, sobre a qual aquele antibiótico tem pouco ou mesmo nenhum efeito. Esse processo de seleção nos permite entender por que os antibióticos só podem ser tomados com prescrição médica e por que é importante seguir as recomendações de não interromper o tratamento antes do tempo, quando o paciente começa a se sentir melhor. Os antibióticos devem ser tomados durante um período contínuo estabelecido pelo médico. Atualmente, também se recomenda que, caso sobre antibiótico após o fim do tratamento, esse remédio seja levado para farmácias ou postos de saúde para serem descartados de forma segura.

Afinal, o que é vida? Os organismos vivos apresentam certas características que não são encontradas em objetos inanimados. Essas características foram listadas por muitos cientistas, como fizemos aqui. No entanto, tais listas diferem entre os pesquisadores, e é muito difícil escolher apenas uma delas como sendo melhor que todas as demais. Procurando resolver essas questões, alguns biólogos propuseram definições mais gerais de vida. Entre elas, pode-se citar a de John Maynard Smith, de 1986, segundo segund o a qual “entidades “entidades com as

propriedades de multiplicação, variação e hereditariedade são vivas e entidades que não apresentam uma ou mais dessas propriedades não o são”. Apesar do grande esforço dedicado a esse assunto, essa ainda é uma questão polêmica, que gera debates calorosos no meio científico e mesmo fora dele. Esse problema se torna ainda maior quando nos deparamos com entidades como vírus, viroides e príons, que, embora não apresentem estru-


27

tura celular, possuem algumas características bastante especiais. Cada vírus é formado por um tipo de ácido nucleico (DNA ou RNA), protegido por uma ou mais cápsulas proteicas. Além disso, certos vírus possuem um envelope formado por membrana lipoproteica semelhante à das células. Os vírus só adquirem manifestações vitais quando penetram células vivas, sendo, portanto, parasitas intracelulares obrigatórios. Alguns pesquisadores consideram os vírus partículas infecciosas especiais, e não seres vivos. Outros consideram os vírus formas particulares de vida, com base nos seguintes argumentos: têm capacidade de reprodução (embora apenas quando penetram uma célula hospedeira) e sofrem mutação no material genético, podendo mudar ao longo do tempo. Essa grande capacidade que os vírus têm de mutação é um dos motivos pelos quais ainda não se conseguiu produzir uma vacina eficiente contra algumas das doenças causadas por eles, como a Aids e a gripe. No caso da gripe, as vacinas existentes são renovadas anualmente para tentar combater novas variedades do vírus. Os viroides são ainda mais simples que os vírus. Eles foram descobertos em 1971 e consistem apenas em uma molécula circular de RNA não envolta por cápsula proteica. Essa molécula fica sempre dentro de uma célula hospedeira e Esquema de um bacteriófago (vírus que infecta bactérias) mostrando o DNA por transparência. Vírus sem envelope lipoproteico.

tem a capacidade de autoduplicação e de sofrer mutações. Não consegue, entretanto, comandar a síntese de proteínas, sendo totalmente dependente da célula hospedeira para sua replicação. Os viroides conhecidos ocorrem apenas em plantas e a via principal de difusão é por contato direto, mas podem ser transmitidos por pulgões e instrumentos de poda. Eles provocam desenvolvimento anormal de plantas, podendo levá-las à morte. Seriam eles uma forma particular e extremamente simplificada de vida parasitária ou seriam eles agentes infecciosos infecciosos com capacidade de multiplicação, variação e hereditariedade, assim como os vírus? O caso dos príons já foi mais polêmico. po lêmico. Atualmente, admite-se que eles não são formas particulares de vida. Eles são proteínas que provocam doenças neurodegenerativas, como a doença da vaca louca (encefalopatia espongiforme bovina), que faz aparecer cavidades no encéfalo, deixando-o como uma esponja. Várias doenças na espécie humana, como a doença de Creutzfeldt-Jakob (tipo de encefalopatia espongiforme humana), também são provocadas por príons. O príon foi descrito pela primeira vez em 1982 pelo bioquímico Stanley Prusiner (prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia em 1997). A palavra príon refere-se a “partículas infectantes proteináceas” e seu uso na literatura é muito variável. Usaremos o termo príon só para a proteína que causa a doença.

Esquema da organização do vírus HIV visto em corte mediano.

Camadas de fosfolipídio do envelope

DNA O R I E B I R R I D N A R U J

Cabeça


Cápsula proteica

Fibras proteicas

Cápsulas proteicas

Cauda Proteínas Proteínas virais do envelope RNA

Esquemas de vírus feitos fei tos com base em observa obser vações ções ao microscó microscópio pio eletrô eletrôni nico. co. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fanta cores-fan tasia.) sia.)

28


Quando os príons foram descobertos, chegou-se a pensar que eles seriam seres vivos muito especiais, pois achava-se, na época, que eram proteínas capazes de replicação. Hoje já se sabe que os príons não têm essa capacidade. Nas membranas celulares, especialmente das células nervosas, existem proteínas cuja função ainda não está bem esclarecida. Essas proteínas, no entanto, são passíveis de sofrer uma alteração em sua estrutura tridimensional, transforman Z O R R A P A C O I D U T S

do-se em príons. A principal característica dos príons é que eles interagem com as proteínas normais, transformando-as em aberrantes — e o ciclo se repete em uma espécie de reação em cadeia, dando a falsa impressão de que os príons estão se replicando. Eles aumentam em número, mas não por divisão de uma molécula em duas que depois se dividem novamente. O aumento se deve a modificações em proteínas normais, já existentes.

Príon original

Príon

Proteína normal

Novo príon

Muitos príons

Esquema mostrando o aumento no número de pr íons. Os príons são uma versão alter ada de uma proteína normal, que ocorrem em células nervosas. Quando o príon se une a uma “irmã” normal, pode induzir sua transformação em príon. Esse processo continua como em uma reação em cadeia. (Cores-fantas ia.)

1. Faça, com seus colegas de grupo, uma pesquisa sobre a interpretação dada aos vírus, isto é, se são seres vivos ou não. Utilize Utilize diferentes fontes confiáveis de consulta, como sites de de universidades, de entidades governamentais, governamentais, páginas pessoais de pesquisadore pesquisadores, s, livros e revistas de cunho científico científico.. Com base nessas informações e no texto aqui discutido, faça uma apresentação apresentação oral para os demais colegas de classe sobre os dados obtidos e a conclusão a que seu grupo chegou. O(A) professor(a) deverá marcar o dia das apresentações e organizar um debate na classe sobre esse assunto. 2. Em grupo, utilize materiais diversos para construir um modelo que represente o aumento do número de príons no corpo de uma pessoa portadora dessa proteína anormal e mostre como ocorre o aumento no número de células em um ser vivo. Usando Usando esses modelos, justifique a diferença entre esses processos. 3. Se for possível, divulgue o trabalho de seu grupo ao público leigo, explicando quais são as doenças causadas por príons. Exerça sua cidadania. Como sugestão, vocês poderão fazer um vídeo curto, que pode ser publicado no blog da da classe ou postado em redes sociais, caso esses recursos sejam aprovados pelo(a) professor(a). Avalie a possibilidade de desenvolver desenvolver esse trabalho em conjunto com as disciplinas disciplinas de Arte e de Língua Língua Portuguesa.

Agora que você já conhece melhor a Biologia, retome suas respostas às questões iniciais da seção Pense nisso deste capítulo. Suas expectativas com relação a essa Ciência mudaram? Quanto à sua proposta de estudo sobre a nascente do Rio Sucuri, há outras ciências envolvidas que podem ajudá-lo a responder a seus questionament questionamentos? os?


29

Professor(a), veja no Manual as competências estabelecidas pelos PCNEM que podem ser encontradas nas atividades a seguir.

No Manual do Professor, há sugestões de abordagem para as atividades da seção Ampliando e integrando conhecimentos desta coleção. conhecimentos desta

Atividade 1: Elementos químicos nos seres vivos e nos componentes não vivos do ambiente Habilidades do Enem: H7, H9, H17, H24.

Em Química são utilizados inúmeros métodos práticos de detecção e dosagem dos diferentes elementos que compõem os mais diversos materiais. Esses métodos são descritos na Química Analítica, que pode ser qualitativa (procura apenas identificar que elementos ou substâncias estão presentes no material analisado) ou quantitativa (determina não só a presença, mas também a quantidade com que certos elementos ou substâncias aparecem). O gráfico a seguir apresenta as abundâncias relativas de alguns elementos químicos nos seres vivos e na crosta terrestre (os valores podem variar dependendo da fonte dos dados). 50

Organismos Crosta terrestre


) % ( 40

a v i t a l e r a i c n â d n u b A

30 20

10

H

C

O

N

Ca e Mg

Na P e K

Si

Gráfico representando a abundância abundân cia relat iva de alguns elementos químicos na composição de organismos e da crosta terrestre. Na categoria "Outros" incluem-se elementos diversos cujas abundâncias relativas são muito pequenas. H = hidrogênio; C= carbono; O = oxigênio; N = nitrogênio; Ca = cálcio; Mg = magnésio; Na = sódio; K = potássio; Si = silício.

Outros

Analise os dados apresentados apresentados e faça faça uma lista lista em ordem decrescente de abundância dos principais elementos químicos que constituem e caracterizam: a) os seres vivos; b) a matéria inanimada.

Atividade 2: Reconhecendo níveis hierárquicos de organização em Ecologia Habilidades do Enem: H9, H14, H15, H17.

Observe a figura abaixo, que representa um ambiente hipotético e delimitado onde vivem organismos diversos. S A I T A M L A V D O R

Esquema representando um ambiente hipotético com diversos organismos. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.) 30


Agora, responda:

a) Quantas e quais quais populações estão presentes na área? Justifique. b) Quantos indivíduos há em cada uma uma dessas populações? populações? c) Organize esses dados em uma tabela, indicando na primeira primeira coluna os nomes dos organismos que compõem cada uma dessas populações que você reconheceu e na segunda a quantidade de indivíduos presentes em cada população. d) Quantos indivíduos estão representados nessa comunidade? comunidade? e) Qual é o termo que se refere ao todo constituído pela comunidade mais mais o conjunto dos componentes não vivos do ambiente representado na figura?

Atividade 3: Crescimento de cristais

Habilidade do Enem: H3, H18.

Folhas finas de cobre são amplamente utilizadas na indústria eletrônica, mais especificamente especificamente na fabricação de placas para circuito impresso e de baterias de última geração, que vêm substituindo as antigas, nocivas ao ambiente. Na indústria, essas folhas são produzidas por um mecanismo complexo em que ocorre a deposição de cobre sobre um substrato inicial e, depois, essa lâmina aumenta em espessura pela deposição de mais cobre. Não vamos replicar isso aqui, mas vamos analisar uma demonstração simples em que poderemos constatar o crescimento de cristais de sulfato de cobre. O formato dos cristais depende de seus constituintes, que podem ser átomos, moléculas ou íons. Esses constituintes se organizam em um padrão geométrico típico de cada cristal. Um cristal de sulfato de cobre foi amarrado e mergulhado em uma solução quente de sulfato de cobre, como mostra a figura ao lado. Essa preparação foi mantida em local aquecido por vários dias e em repouso.


Depois desse tempo, o cristal foi removido e verificou-se que ele aumentou de tamanho. a) Se uma das características dos dos seres vivos é o crescimento, argumente se o cristal de sulfato de cobre pode ser considerado um ser vivo, já que ele cresceu. b) Qual é a diferença entre o crescimento de um cristal e o crescimento de um organismo?

Cristal de sulfato de cobre cobre suspenso na solução de sulfato de cobre.

Atividade 4: Investiga Investigando ndo plantas carnívoras

Habilidades do Enem: H14, H16, H17, H28.

A planta Philcoxia minensi , típica do Cerrado brasileiro, tem folhas subterrâneas que, por incrível que pareça, fazem fotossíntese. A maior descoberta, no entanto, entanto, se refere ao fato de essas plantas usarem as folhas para capturar capturar e digerir vermes nematoides. Pesquisadores brasileiros, em conjunto com pesquisadores australianos e americanos, fizeram experimentos usando bactérias marcadas com isótopos de nitrogênio e forneceram essas bactérias como alimento aos vermes. Estes, por sua vez, foram “oferecidos” à planta. Os pesquisadores verificaram a presença dos isótopos de nitrogênio na planta, confirmando que a folha da planta havia digerido os nematoides e absorvido seus nutrientes. Segundo os pesquisadores, essa estratégia de captura é única entre as plantas carnívoras e surgiu, provavelmente, graças a uma combinação de fatores como: a planta ocorre em solos de areia muito branca que permite a passagem de luz, é pobre em água e nutrientes, mas rica em vermes nematoides; as temperaturas são elevadas e a radiação solar é alta. Essas condições extremas dificultam a sobrevivência da maioria das plantas, mas podem ter favorecido a seleção desse hábito peculiar da Philcoxia — o posicionamento subterrâneo de folhas, mantendo a função fotossintética — e acrescentado a essa função a capacidade de capturar e digerir animais. Para saber mais, leia o artigo disponível em: . Acesso em: dez. 2012.


31

a) Qual trecho do texto se refere ao conceito de metabolismo, característica exclusiva dos seres vivos? b) Em qual trecho do texto está está embutida a noção de seleção natural? c) Faça um esquema que represente represente os passos desses pesquisadores, pesquisadores, mostrando mostrando como eles aplicaram a metodologia metodologia científica. Considere que eles partiram da observação da existência de folhas verdes subterrâneas nessas plantas e que a essas folhas sempre estavam aderidos vermes nematoides. Qual hipótese foi testada? Como foi feito o teste dessa hipótese? Quais foram os resultados? Quais foram as conclusões?

Atividade 5: É ser vivo ou não é?

Habilidades do Enem: H13, H17, H28.

Analise a fotogra fotografia fia a seguir. Se você encon tras trasse se essa estrutu estru tura ra amarelada sobre um tron co de árvore, árvo re, diria que é um ser vivo? A I D E M O I D / E C R U O S E C N E I C S / N I T R A M M O T

A imagem imagem está ampliada amplia da — sua largu lar gura ra real é de cerca de 2 cm.

Em muitos muitos casos, é fácil diferen dife renciar ciar um ser vivo de um não vivo, em outros, porém, não é tão sim ples. Essa estrutu estru tura ra amarelada sobre o tronco tron co é um ser vivo da espécie espé cie Hemitrichia serpu ser pula la . Esse organis orga nismo mo vive em locais úmidos úmi dos e sombreados som breados de flores flo restas, tas, geralmen geral mente te sobre troncos tron cos de árvores árvo res ou folhas caídas caí das em decompo decom posi sição. ção. Seu aspecto aspec to é o de uma massa gela titino nosa, sa, capaz de se des lo locar car por movimen movi mentos tos ameboides ame boides durante duran te parte do ciclo de vida. Por meio des ses movimen movi mentos tos o organis orga nismo mo também também captu captura ra bacté bac térias, rias, seu alimen ali mento. to. Em outra fase do ciclo de vida, ele sofre alte ra rações ções e forma estru tu turas ras reprodu repro dutitivas vas de poucos pou cos milíme milí metros, tros, em forma de haste, que pro du duzem zem esporos. espo ros. O grande grande grupo ao qual esse orga nis nismo mo perten per tence ce descen des cende de de uma linhagem linha gem que compartilha um ances tral comum com as amebas. ame bas. Esse Esse organis orga nismo mo é classificado como mixo mi mice ceto. to. Que caracte caracterís rístiticas cas mencio menciona nadas das na descri des crição ção acima permi per mitem tem afirmar afir mar que o organis orga nismo mo mostra mostrado do na fotogra foto grafia fia é mesmo um ser vivo?

ambientalmente por poluição de origem doméstica ou industrial, industrial, uma rá1. (Enem) Quando um reservatório de água é agredido ambientalmente pida providência é fundamental para diminuir os danos ecológicos. Como o monitoramento constante dessas águas demanda aparelhos caros e testes demorados, cientistas têm se utilizado de biodetectores, como peixes que são colocados em gaiolas dentro da água, podendo ser observados periodicamente. Para testar a resistência de três espécies de peixes, cientistas separaram dois grupos de cada espécie, cada um com cem peixes, totalizando seis grupos. Foi, então, adicionada a mesma quantidade de poluentes de origem doméstica e industrial, em separado. Durante o período de 24 horas, o número de indivíduos passou a ser contado de hora em hora. 32


Os resultados são apresentados a seguir. Pelos resultados obtidos, a espécie de peixe mais indicada para ser utilizada como detectora de poluição, a fim de que sejam tomadas providências imediatas, seria: seria: Espécie I 100 s e x i e p e d o r e m ú N


50

0 Tempo (24 Tempo (24 horas)

Espécie II 100 s e x i e p e d o r e m ú N

50

0 Tempo (24 horas) Tempo (24

Espécie III

d) as espécies I e II juntas, juntas, pois tendo tendo resistência semelhante em relação à poluição permitem comparar resultados. e) as espécies II e III juntas, juntas, pois como são são pouco toletolerantes à poluição propiciam um rápido alerta. O texto a seguir refere-se às questões 2 e 3. Podemos afirmar que uma borboleta, um cajueiro, um cogumelo e um humano são seres vivos, enquanto uma rocha, o vento e a água não são. Fazemos isso porque os seres vivos compartilham características que os distinguem de seres não vivos. Essas características incluem determinados tipos de organização e a presença de uma variedade de reações químicas que os capacitam a manter o ambiente interno estável, mesmo quando o ambiente externo varia, permitindo-lhes obter energia, deslocar-se no ambiente, responder a estímulos provindos dele e perpetuar a vida. Para realizar tais funções, os seres vivos são compostos de unidades básicas que constituem a totalidade do seu corpo, ou essas unidades estão agregadas, formando estruturas complexas que realizam determinadas funções, como impulsionar o sangue. Essas formas vivas podem produzir outras idênticas ou muito similares a si próprias, um processo realizado por uma série de estruturas que agem em conjunto. No início de suas vidas, essas formas vivas podem p odem ser idênticas aos organismos que as formaram f ormaram ou sofreram mudanças que as tornam similares a esses organismos em um estágio posterior, além de aumentarem o tamanho dos seus corpos durante esse processo. estão citadas as conceituações das se2. (UFPB) No texto, estão

100

guintes características dos seres vivos:

s e x i e p e 50 d o r e m ú N

a) metabolismo, movimento, reatividade, reatividade, crescimento, reprodução. X b) evolução, reatividade, reatividade, ambiente, ambiente, reprodução, reprodução, crescimento.

0 Tempo (24 Tempo (24 horas) Com poluentes domésticos Com poluentes industriais

a) a espécie I,I, pois sendo menos resistente à poluição morreria mais rapidamente após a contaminação. X b) a espécie II, pois sendo a mais resistente haveria mais tempo para testes. c) a espécie III, pois, como apresenta resistência resistência diferente à poluição doméstica e industrial, propicia estudos posteriores.

c) evolução, composição química, movimento, reprodução, crescimento. d) respiração, reprodução, composição química, movimento, crescimento. e) metabolismo, ambiente, movimento, reatividade, crescimento.

3. (UFPB) Os níveis de organização da vida que se podem depreender do texto são: a) célula, órgão, população, ecossistema. b) célula, órgão, sistema, organis organismo. mo. X c) tecido, sistema, organismo, biosfera. d) tecido, órgão, sistema, comunidade. e) órgão, sistema, organism organismo, o, populaç população. ão. Capítulo 1 • 1 • Introdução à Biologia

33

Cap tulo 2

Introdução à Ecologia I N I R A B M A G O N A I R D A

est abelecimento e da sobrevivência das espéc ies nos diferentes ambientes depende de diversos fatores Figura 2.1. O sucesso do estabelecimento físicos, químicos e biológicos, que interagem de maneira complexa e dinâmica. Na fotografia, aves trint a-réis-do-manto-negro, no Atol das Rocas, Rio Grande do Nor te, são um exemplo do sucesso dessa interação. Essas aves são migratórias e se reproduzem apenas em certas regiões. A transformação do Atol das Rocas em reserv a ambiental, em 1979, 1979, tem se revelado fundamental para a sobrevivência desta e de outras espécies que v ivem ou se reproduzem nesse ecossistema.

• Descreva algumas algumas características da região onde você mora: – O clima é frio, quente, chuvoso, seco ou úmido? – Qual o tipo de vegetação mais comum? – A maior parte do terreno é plana ou montanhosa? – Há praia, rios ou lagos por perto? • O Atol Atol das Rocas está localizado próximo próximo à linha linha do Equador. Equador. Com essa informação, informação, como você acha que é o clima no local? Compare-o com o clima de sua cidade. • A vegetação da região região onde você mora tem tem alguma relação com com o clima clima local? Explique sua resposta. • Como você caracterizaria a região região em que mora: urbana urbana ou rural? Que critérios adotou para essa caracterização? • Em sua opinião, opinião, um ambiente ambiente urbano urbano pode ser objeto objeto de estudo da Biologia? Justifique sua resposta.

34


1. Ecologia A palavra palavra Eco Ecologia logia deriv derivaa de duas pala palavras vras greg gregas: as: (casa) e logos (estudo). (estudo). Assim, Ecologia significa lioikós (casa) teralmente o “estudo “estudo da casa” casa”.. Essa palavra pal avra foi usada usa da pela primeira vez em 1870 pelo biólogo alemão Ernst Haeckel, para designar o estudo das interações dos organismos entre si e com os demais componentes do ambiente. A Ecologia Ecologia é um um ramo da Biologia que tem se destacado recentemente, pois os desequilíbrios ecológicos provocados pela ação humana só serão evitáveis na medida em que se conheçam a estrutura e o funcionamento dos ecossistemas. O nível mais amplo estudado pela Ecologia é a biosfera , que já foi apresentada no capítulo anterior. O termo biosfera foi criado por semelhança aos utilizados para designar camadas ou esferas relacionadas aos componentes abióticos ( a = prefixo de negação, bio = vida; isto é, sem vida) da Terra, que são: • atmosfera ( ( atmós = = gás): camada ou esfera da Terra formada pelo ar; • hidrosfera (hidro = água): camada ou esfera da

Terra formada pela água; • litosfera ( ( lito = pedra): camada ou esfera da Terra

formada pelas rochas e pelos solos. A biosfera, assim assi m como as demais “esferas” “esferas”, não é uma camada homogênea, pois as condições ambientais do nosso planeta variam de uma região para outra. Os limites da biosfera são definidos em função de registros que indicam a presença de seres vivos. Esses limites vão desde aproximadamente 11 000 metros de profundidade, nos oceanos, até cerca de 7 000 metros de altitude, na atmosfera. Depois de conhecer a biosfera, vamos estudar os principais tipos de ecossistemas da Terra: como eles se distribuem, quais são seus organismos mais característicos e os principais fatores abióticos que interferem no padrão geral de distribuição dos organismos. A partir disso, passaremos ao estudo da estrutura e do funcionamento dos ecossistemas e, em seguida, estudaremos unidades ecológicas hierarquicamente inferiores: as comunidades e as populações. As condições ambientais são muito muito importantes na distribuição dos seres vivos. Nos locais onde tais condições são mais favoráveis, a diversidade de formas

vivas é maior maior,, ocorrendo o contrário quando as condições não são favoráveis. Um dos principais fatores que interferem nessas condições é o clima das diferentes regiões, que sofre influência da latitude, altitude e outros fatores, como estudaremos a seguir. s eguir. Ao longo deste capítulo, você notará a presença de conhecimentos pertencentes também à Química, Física e Geografia. Por exemplo, ao falarmos em calor, temperatura e densidade, usaremos os mesmos conceitos da disciplina Física. Quando falarmos do comportamento dos gases da atmosfera, de substâncias e de elementos químicos, empregaremos saberes da área de Química. Além disso, ao estudarmos nosso planeta usando mapas, falando em clima e em distribuição dos seres vivos com base em grandes padrões climáticos, estaremos aplicando habilidades e conhecimentos adquiridos no estudo da Geografia. Assim, o que apresentamos neste capítulo é fruto de pesquisas interdisciplinares nessas grandes áreas do saber. O estudo deste capítulo será muito enriquecido se for acompanhado de um atlas geográfico ou mesmo do seu livro de Geografia, onde você poderá obter informações adicionais sobre alguns dos aspectos que trataremos. Você pode encontrar muitas informações relevantes no site (acesso em: jan. 2013), do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE). Segundo o IBGE, atlas é um conjunto de mapas e cartas geográficas, mas o termo se aplica também a um conjunto de dados sistematicamente organizados sobre determinado assunto. O uso de atlas é importante como fonte de informações, apoio à aprendizagem e à realização de pesquisas. Se for possível, antes de prosseguir com o texto deste capítulo, explore duas explicações interativas disponíveis no site do do IBGE: • O que é Cartograf ia?

• Sistema de Posiciona Posicionamento mento Global (GPS)

. (Acessos em: jan. 2013.)

2. A hipótese Gaia Em 1916, o cientista T. C. Chamberlin explicou com a seguinte frase a importância da interação dos seres vivos com o meio ambiente: “O mais importante reside em convencer tantas pessoas quanto pudermos de que a nossa Terra não é um planeta morto, mas um organismo vivo e ativo”. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

35

Posteriormente, em 1979, James E. Lovelock (1919-) publicou o livro Gaia: a new look at life on Earth (Gaia: uma nova maneira de se ver a vida na Terra), em que formula a hipótese Gaia, nome escolhido com base na mitologia grega, pois Gaia era a deusa da Terra, mãe de todos os seres vivos. Segundo essa hipótese, que teve grande apoio e colabora colabora-ção da cientista Lynn Margulis (1938-2011), a Terra deve ser compreendida como um imenso organismo vivo, capaz de obter energia para seu funcionamento e capaz de se autorregular, como fazem os seres vivos. Essa hipótese propõe que os seres vivos são capazes de modificar o ambiente físico, tornando-o mais adequado à sobrevivência. Assim, a Terra seria um planeta cuja vida controla a manutenção da própria vida. Um dos exemplos dados para reforçar essa interpretação refere-se à composição de gases da atmosfera terrestre, em que o alto teor de O 2 e o baixo teor de CO2 só são mantidos pela fotossíntese; portanto, sem a atuação dos organismos fotossintetizantes não haveria possibilidade de manutenção da maioria das formas de vida que existem hoje na Terra. Terra. O quadro mostrado ao lado (fig. 2.2) compara a composição atual da atmosfera na Terra com a provável composição, caso não houvesse vida.

Atmosfera

Terra sem vida

Terra atual

CO 2

98 %

0,03%

N2

1,9%

79 %

O2

Traços

20%

Figura 2.2. Tabela com a composição co mposição atual da atmosfera at mosfera da Terra

e com a provável composição da atmosfera terrestre sem vida. Fonte: ODUM, E. P. Ecologia Ecologia.. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 1988. p. 16.

Segundo a hipótese Gaia, a atmosfera terrestre não desenvolveu a capacidade de sustentar a vida apenas pela interação de forças físicas, surgidas ao acaso, para depois a vida evoluir, adaptando-se às condições ambientais que já existiam. Na verdade, a própria vida interferiu na composição da atmosfera, tornando-a mais adequada à sobrevivência dos organismos. Essa hipótese causou grande impacto nos meios científicos, tendo recebido severas críticas de alguns cientistas cien tistas e apoio de outros. Apesar das discussões calorosas que geralmente ocorrem quando se fala em hipótese Gaia, ela carrega uma mensagem metafórica muito importante: a Terra pode ser vista como um organismo, em que os seres vivos e o meio ambiente formam sistemas inter-relacionados e inseparáveis.

3. A atmosfera e o efeito estufa A atmos atmosfera fera pode ser divi dividida dida em quatr quatro o camadas principais: a troposfera, a estratosfera, a mesosfera e a termosfera. O limite de cada uma dessas camadas é definido pela mudança abrupta da temperatura média (fig. 2.3).

A terceira camada da atmosfera é a mesosfera, caracterizada pela diminuição da temperatura em função da altitude. Na quarta camada, a termosfera, há novamente elevação da temperatura com o aumento da altitude, pois as poucas moléculas aí presentes absorvem radiação solar de alta energia, ocorrendo sua conversão em energia térmica. A atmosfera é fundamental para a biosfera, pois, além de conter gases essenciais para a vida, impede que a Terra perca calor, atuando como um “cobertor” ou como uma estufa. É por isso que se fala em efeito de cobertura ou efeito estufa da da atmosfera.

A troposf t roposfera era é a camad camadaa mais m ais próxi próxima ma da superfície terrestre e a que apresenta a maior parte das moléculas de gases da atmosfera. É nela que encontramos as proporções de 78% de gás nitrogênio (N 2), 21% de gás oxigênio (O 2), 0,03% de gás carbônico (CO 2) e aproximadamente 0,3% a 0,4% de vapor-d’água. Na troposfera é onde ocorrem os principais fenômenos climáticos. Essa camada é caracterizada pela diminuição da temperatura em função Temperatura Altitude (°C) (km) da altitude. Termosfera Acima da troposfera localiza-se localiza-s e a estratos80 fera, camada rica em ozônio (O 3), gás que se Mesosfera forma com a quebra de moléculas de gás oxi50 gênio (O2) pela energia radiante e posterior reorganização dos átomos em moléculas de Estratosfera O3. Ele é o principal gás responsável pelo au0 10 mento da temperatura que se verifica nessa -80 -60 -40 -20 20 40 Troposfera camada à medida que aumenta a altitude. O ozônio absorve a maior parte da radiação ultravioleta do Sol, que é convertida em energia Figura 2.3. Perfil térmico tér mico e principais divisões da atmosfera: troposfera, térmica. estratosfera, mesosfera e termosfera. 36

Professor(a), a leitura desse gráfico deve ser incentivada e, de preferência, feita com sua orientação. UNIDADE 1 • O mundo em que vi vemos

Z O R R A P A C O I D U T S

Efeito estufa e aquecimento Professor(a), veja mais orientações no Manual. Você mesmo pode fazer um experimento simples, a fim de testar a hipótese de que a ocorrência do efeito estufa depende do material que recobre a superfície. Para isso, vamos simular o que ocorre em uma estufa de plantas, que utiliza o vidro para manter a radiação infravermelha em seu interior. Materiais

• 1 termômetro;

• 1 placa de vidro transparente, pouco maior

que a tampa da caixa de sapato;

• 3 caixas de sapato de mesmo tamanho; • areia seca;

• lme plástico transparente.

Procedimento

1. Faça um furo na lateral de cada caixa, próximo ao fundo, com tamanho suficiente para a introdução do termômetro.

Coloque o termômetro (fig. 2.4).


Figura 2.4. Esquema

para montagem das caixas com termômetro.

2. Cubra o fundo das 3 caixas com a areia seca de modo que o termômetro fique coberto pela areia. 3. Deixe uma das caixas sem cobertura (caixa 1). Cu bra a segunda caixa com filme plástico, de forma a não deixar frestas

que permitam a ventilação. Cubra a terceira caixa com a placa de vidro, cuidando também para que não haja frestas. A montagem deve ficar parecida com o esquema a seguir (fig. 2.5). C aixa 1

C ai x a 2


C ai x a 3

Figura 2.5. Esquema

de montagem do experimento.

4. Coloque as 3 caixas sob o sol, lado a lado, e meça a temperatura interna de cada uma delas, em intervalos de 5 minutos, durante pelo menos meia hora. Assegure-se de que a medida no termômetro tenha se estabilizado antes de registrar a temperatura. Todas Todas as medidas deverão ser organizadas em uma tabela, como a mostrada na figura 2.6. 5. Terminada a coleta de dados, utilize as informações da tabela para construir um gráfico de linhas que represente a variação de temperatura em função do tempo nas 3 caixas. Figura 2.6. Tabela para organização das

medidas extraídas do experimento.

Tempo

Caixa 1 Caixa 2 (sem cobertura) (filme plástico)

Caixa 3 (vidro)

Início 5 min 10 min


37

Questões

sem cobertura? 1. Nesse experimento, qual é a função da caixa sem ficou mais aquecido? 2. Em qual caixa o interior ficou 3. A hipótese foi corroborada? O resultado será mais confiável caso você replique (isto é, repita) o experimento algumas vezes, calculando as temperaturas médias em cada momento observado. Isso se justifica porque pode ocorrer uma condição imprevista em uma das caixas que altere o resultado, levando a conclusões erradas. Pode acontecer também de algo imprevisto ocorrer simul ta tanea neamente mente nas 3 caixas, levando a uma falha de toda a experimentação. Discuta em classe como esse experimento poderia ser melhorado. Os principais componentes da atmosfera que contribuem para o efeito estufa são o gás carbônico, o gás metano e o vapor-d’água. A luz solar é a principal fonte de energia para a Terra. Ela é composta de um amplo espectro de radiação eletromagnética com diferentes comprimentos de onda, como mostra a figura 2.7. Apenas parte da radiação rad iação solar forma a luz lu z que é visível aos nossos olhos, com os compriment comprimentos os de onda correspondentes às sete cores, na seguinte ordem crescente de energia: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, anil e violeta. A radiação ultravioleta é a que promove o bronzeamento de nossa pele e cujo excesso pode causar câncer de pele. Quando pensamos em efeito estufa, a radiação responsável pelo aquecimento é a infravermelha. Vamos ver como isso acontece. Professor(a), no site há um material interativo para explicar o espectro da luz solar. Apesar de estar em inglês, as imagens são bastante explicativas.

Luz visível

O I D U T S A R A P

Ultravioleta

O I D U T S E

Infravermelho

Micro-ondas

Raio X

Ondas de rádio

Ondas gama

Aumento no comprimento de onda

Aumento no nível de energia

Figura 2.7. Esquema do espectro da luz lu z solar, indicando de forma esquemática os comprimentos de

onda e os níveis de energia.

Parte da radiação solar que chega à atmosfera volta para o espaço, refletida principalmente pelas nuvens. A luz solar que atinge a superfície terrestre é em grande parte absorvida pelo solo, pela água e pelos seres vivos. Essas superfícies aquecidas emitem de volta para a atmosfera radiação infravermelha, sendo a maior parte dela absorvida pelos gases do efeito estufa. A atmosfera impede, im pede, assim, que o calor se dissipe completamente, evitando o resfriamento da Terra. Só pequena quantidade da radiação infravermelha retorna para o espaço (fig. 2.8). Fenômeno semelhante ocorre em uma estufa: o vidro da estufa é transparente à energia luminosa do Sol; 38


essa energia é absorvida pelas plantas e pelo solo e reirradiada como infravermelho; o vidro retém parte desses raios dentro da estufa (fig. 2.9). Conhecendo-se a importância da atmosfera para o equilíbrio térmico da Terra, pode-se supor que a modificação em sua composição pode afetar a vida no planeta. O aumento da concentração de CO 2 na atmosfera, decorrente da queima de combustíveis fósseis (como gasolina e óleo diesel ), ), pode provocar elevação da temperatura média, pois esse gás acentua o efeito estufa. Esse processo é conhecido como aquecimento global, assunto que será discutido no capítulo 6 desta unidade.

O D R A K C I R

Parte da radiação refletida atravessa o vidro e parte fica retida, promovendo o aquecimento da estufa.

Radiação solar O D R A K C I R

Parte da energia é refletida para o espaço.

A Terra é aquecida pela radiação infravermelha refletida pela superfície.

Reflexão

A energia solar chega à superfície da Terr Terra, a, atravessando a atmosfera.

Os gases do efeito estufa da atmosfera, como o CO 2, aprisionam parte da radiação in fraverm fravermelha, elha, o que favorece o aquecimento da Terra.

Figura 2.9.

Esquema mostrando o aquecimento do ar dentro de uma estufa de plantas. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Figura 2.8. Esquema mostrando como ocorre o aquecimento da t roposfera. (Elementos representados em

diferentes escalas; cores-fantasia.)

4. Os grandes padrões climáticos Os grandes padrões climáticos estão relacionados a dois fatores básicos: •

•

variação da energia solar recebida pela Terra em função da latitude; movimentos de rotação e de circunvolução ci rcunvolução da Terra. Terra.

A interação desses desse s fatores determina determ ina os principais princip ais padrões gerais de distribuição da temperatura, da circulação de ar e da incidência de chuvas no planeta. Determina, enfim, os padrões climáticos, que, por sua vez, interferem nos padrões de distribuição dos organismos na superfície terrestre. Os raios solares aquecem a superfície da Terra e o ar próximo a ela se expande e diminui sua densidade. Sendo menos denso, o ar aquecido sobe; e por ser aquecido tem sua capacidade de reter vapor de água aumentada, o que acelera a evaporação da água presente em solos, lagos, rios e mares. Enquanto sobe, o ar se expande ainda mais, devido à redução da pres-

são atmosférica. Como na troposfera a temperatura diminui com o aumento da altitude, o ar resfria-se. Isso causa a condensação do vapor de água contido nele e formam-se as nuvens e/ou chuvas. O ar, agora resfriado, é mais denso e desce. Ao chegar próximo à superfície terrestre, sofre aquecimento, dando início a outro ciclo. A quantidade de vapor de água na atmosfera é denominada umidade do ar. A umidade do ar é fator determinante na redução dos contrastes entre temperaturas diurnas e noturnas. Em regiões desérticas, a umidade do ar é baixa. Assim, como durante o dia o ar é aquecido por transferência térmica direta do solo, ao chegar a noite a ausência de nuvens e de vapor de água permite a rápida dissipação do calor e a temperatura cai drasticamente. Vamos pensar, agora, no que acontece em grande escala, considerando o globo terrestre como um todo. Para isso, realize a proposta a seguir. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

39

No Manual, é proposto um complemento para a atividade de observações e reflexões sobre o que determina as diferenças entre estações do ano. Se possível, orientar os alunos para a realização dele.

Será que os raios solares atingem a Terra Terra em todos os pontos com a mesma intensidade? Para responder a essa pergunta, vamos realizar a seguinte simulação, que deve ser feita em grupo. Nessa simulação, os tamanhos dos objetos e as distâncias não serão proporcionais às reais. Um exemplo do que estamos falando é o diâmetro do Sol em relação ao diâmetro da Terra. Terra. Segundo o site (acesso em: jan. 2013), o diâmetro do Sol é de cerca de 1 400 000 km, e o da Terra Terra é de 13 000 km. Se o Sol fosse representado por uma bola de futebol, a Terra Terra deveria ser representada por uma semente de mamão. R E I V A X A N I T S I R C

Materiais • 1 cartolina; • tesoura de ponta arredondada; • globo terrestre, como o mostrado na figura 2.10. O eixo da Terra é inclinado em relação ao plano de sua órbita ao redor do Sol. O ângulo de inclinação é de pouco mais de 23º 27’; • 1 fonte de luz para simular o Sol, como uma lanterna ou, se preferir, uma fonte de luz montada por você. Para isso, você vai precisar de 2 pilhas comuns de 1,5 V, V, 2 pedaços de 30 cm de fio elétrico, fita crepe e 1 lâmpada de 3 V. Veja a figura 2.11. Esta montagem é um exemplo de circuito elétrico, cujo funcionamento é explicado pela eletrodinâmica, na disciplina de Física. Seus componentes básicos são o gerador (pilhas), os condutores (fios) e a resistência (lâmpada).

Figura 2.10. 2.10. Globo Globo terrestre. A R U O M S Í U L

Procedimento Na cartolina, recorte bem no centro uma janela quadrada de 1 cm de lado. Em um ambiente escuro, posicione essa cartolina a cerca de 20 cm da fonte de luz. Coloque o globo entre eles, a 10 cm de cada um. Mova a cartolina de modo a fazer com que a luz incida sobre a região do equador (situação A). Depois, mova a cartolina novamente para que a luz incida sobre a região polar (situação B). Atividades

Fita adesiva

Figura 2.11 2.11.. Esquema mostrando uma fonte de luz construída para a ativ idade.

e B, o que acontece com a região iluminada? Explique sua resposta. 1. Comparando as situações A e maior? Justifique sua resposta. 2. Em qual das duas áreas iluminadas a temperatura da superfície seria maior? cartolina lentamente desde a região do equador até a região polar norte e depois sul e descreva o que 3. Agora, mova a cartolina acontece com a área iluminada em cada situação. 4. Coloque a cartolina em uma posição fixa, mas que ilumine a região equatorial do globo. Gire lentamente o globo ter-

restre em torno de seu eixo, no sentido anti-horário (ou de Oeste para Leste), simulando o movimento de rotação da Terra, que determina a duração do dia e da noite. Quais regiões do planeta ficaram iluminadas? A área iluminada foi a mesma em cada região? Explique. Terra, que é o movimento dela ao redor do Sol, com duração de 5. Agora, vamos simular o movimento de translação da Terra, 365 dias e 6 horas (como no calendário o ano tem 365 dias, compensam-se as 6 horas de 4 em 4 anos, acrescentando um dia a mais no mês de fevereiro, no chamado ano bissexto). No sentido anti-horário, mova lentamente apenas o globo ao redor da fonte de luz, mas sem fazer o movimento de rotação do globo, como mostra a figura 2.12. Essa

40


figura também mostra as datas importantes relacionadas às estações do ano. A órbita da Terra é uma elipse muito próxima a uma circunferência. Professor(a), veja mais informações no Manual. 1 20-21 de março

8

2

3

7

21-22 de junho

21-22 de dezembro

A R I E D L A C R E T L A W

4

6

Figura 2.12 2.12.. Esquema da Terra girando ao

5 22-23 de setembro

redor do Sol. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Ao longo desse movimento de translação, a área do globo que recebe mais luz é sempre a equatorial? Explique. v ocê chega, 6. Agora, realize ao mesmo tempo os movimentos de rotação e de translação da Terra. A que conclusões você visando responder à pergunta inicial?

7. Após entender todo esse processo, reproduza em seu caderno o esquema mostrado na gura 2.12. Vamos usá-lo para falar das estações do ano. Para isso, associe as seguintes descrições aos locais a que elas se referem no esquema: •

Situação 1 – Equinócio, palavra que signica “noites iguais” (20-21 de março): os raios solares atingem

perpendicularmente a Terra Terra no equador equador.. Os hemisférios Sul e Norte ficam igualmente iluminados, mas os polos praticamente não recebem luz. Tem Tem início o outono no hemisfério Sul e a primavera no hemisfério Norte. •


próximos do Trópico de Câncer. •

Situação 3 – Solstício, palavra que signica “Sol parado” (21-22 de junho): os raios atingem perpendicular-

mente a Terra no Trópico de Câncer; nesse dia, o Círculo Polar Ártico fica iluminado todo o tempo, marcando o início do inverno no hemisfério Sul e do verão no hemisfério Norte. •

Situação 4 – Os raios vão aos poucos atingindo a Terra Terra perpendicularmente em pontos cada vez mais próximos

do equador. •

Situação 5 – Equinócio (22-23 de setembro): os raios do Sol atingem perpendicularmente a Terra Terra no equador.

Os hemisférios Norte e Sul ficam igualmente iluminados, mas os polos praticamente não recebem luz. Tem início a primavera no hemisfério Sul e o outono no hemisfério Norte. •


próximos do Trópico de Capricórnio. •

Situação 7 – Solstício (21-22 de dezembro): os raios solares atingem perpendicularmente a Terra Terra no Trópico

de Capricórnio; nesse dia, o Círculo Polar Antártico fica iluminado todo o tempo, marcando o início do verão no hemisfério Sul e do inverno no hemisfério Norte. •

Situação 8 – Os raios solares vão aos poucos atingindo a Terra Terra perpendicularmente em latitudes cada vez mais

próximas do equador equador.. A atividade realizada propicia que o aluno entenda melhor como ocorrem as estações do ano. O esquema em 2D, representado no livro e o que o aluno vai reproduzir no caderno, pode levar a erros. Assim, discuta discuta bem esse assunto com eles. Capítulo 2 • Introdução à Ecologia

41

O aquecimento diferencial da Terra em função da latitude, associado ao movimento de rotação e de translação da Terra, determina em grande extensão a localização das principais zonas climáticas: a polar, a temperada e a tropical, que são importantes no estabelecimento dos grandes padrões de distribuição dos seres vivos. Esse aquecimento diferencial determina também os grandes padrões de circulação do ar. Em 1735, o meteorologista inglês George Hadley propôs o modelo celular de circulação atmosférica , modificado posteriormente pelo meteorologista norte-americano William Ferrél no século 19. Segundo esse modelo, a circulação atmosférica ocorre por meio de três tipos de células em cada hemisfério, que são simétricas em relação ao equador. Posteriormente, verificou-se que essa simetria ocorre apenas no outono e na primavera. Entre o equador e a latitude de 30° Norte e Sul formam-se duas células de circulação, chamadas células (fig. 2.13). Vamos acompanhar uma delas. de Hadley (fig. Em seu ramo inferior, próximo à superfície terrestre, o ar flui em direção ao equador. Nesse percurso, o ar sofre aquecimento e adquire umidade, formando os chamados ventos alísios. Perto do equador, esse ar aquecido e rico em vapor-d’água sobe, criando áreas de baixa pressão, onde se formam as calmarias. Ao subir, ele se expande, sofre resfriamento e o vapor se condensa, dando origem a precipitações intensas. O ramo superior dessa célula transporta, agora, uma massa de ar relativamente fria e sem umidade. Em torno dos 30° de latitude, esse ar seco desce e é responsável pelos grandes desertos encontrados ao redor dessa latitude (fig. 2.14).

Entre 30° e 60°, também ao norte e ao sul, formam-se outras duas células de circulação chamadas células de Ferrél, onde o ar aquecido sobe ao redor dos 60 0 de latitude. Em geral, nas regiões de ar descendente há poucas chuvas e nas de ar ascendente há maior pluviosidade. Finalmente, entre 60° e 90°, também no norte e no sul, formam-se as células polares. Essa dinâmica da atmosfera, além de estabelecer padrões climáticos, permite a transmissão vertical e horizontal da energia térmica, impedindo o superaquecimento das regiões tropicais nos meses mais quentes e o excessivo resfriamento das regiões temperadas e polares nos meses mais frios. Células de Ferrél

Células de Hadley

60º N A R U O M S Í U L

30º N Equador

30º S

Figura 2.13. Esquema mostrando as células de circulação

atmosférica. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.)

Ar seco e frio Célula de Hadley

Célula de Hadley

Ar seco é aquecido conforme desce

Chove quando o ar quente e úmido resfria

Ar aquecido sobe Ar absorve umidade

Zona árida 30º

Ar absorve umidade

Equador

Zona árida 30º

Figura 2.14. Detalhe da circulação do ar entre o equador e as latitudes 30º N

e 30º S, mostrando as duas células de Hadley. (Elementos representados em diferentes escalas; cores-fantasia.) 42



Colocando em foco: o perigo da destruição da camada de ozônio A barreira natural formada pela camada de ozônio contra os raios ultravioleta é fundamental para a manutenção da vida na Terra (fig. 2.15). O excesso desse tipo de radiação é nocivo, pois está relacionado à indução de mutações, que são alterações no material genético. Nos seres humanos, por exemplo, esses raios podem favorecer o desenvolvimento de câncer de pele. A camada de ozônio vem sendo progressivamente destruída, principalmente pela ação de gases conhecidos por clorofluorcarbonos, também denominados CFCs, usados em sprays (aerossóis), condicionadores de ar, geladeiras, espumas plásticas, componentes eletrônicos e outros produtos. Existem cálculos que estimam em 75 anos a vida útil dos CFCs e em cerca de 100 mil o número de moléculas de ozônio que podem ser destruídas por um único átomo de cloro da molécula de CFC. Em função do comportamento das massas de ar na atmosfera, houve maior concentração concentração desses gases em certas regiões, causando maior destruição da camada de ozônio nesses lugares. A maior delas fica sobre a Antártida, onde a camada de ozônio tornou-se menos espessa, formando o que ficou conhecido por “buraco na camada de ozônio”. Com a crescente redução da emissão dos CFCs, espera-se que até o final da década de 2040 esse “buraco” esteja bem menor.

K C O T S N I T

A L

/

L

P

S

/

A

S

A

N

Figura 2.15. Imagem de satélite colorida

representando a espessura da camada de ozônio no hemisfério Sul da Terra, em 13 de setembro de 2007. As linhas são meridianos convergindo no Polo Sul. As menores espessuras estão representadas em roxo. As áreas em roxo têm sua camada de ozônio cerca de 40% mais delgada que o normal. O termo “buraco na camada de ozônio” refere-se a essa par te mais delgada.

5. O efeito da altitude no clima Os grandes padrões climáticos sofrem alterações locais em função de outros fatores, como a altitude. A cada 200 m de alti altitude tude,, a temperatura cai aproximadamente 1 °C e há modificação no regime de chuvas. Assim, em regiões montanhosas mais altas, as temperaturas são mais baixas, mesmo que estejam próximas ao equador. O monte Kilimanjaro, por exemplo, localizado na África, está exatamente sobre o equador, mas, pelo fato de ser muito alto, apresenta neve cobrindo seu cume (fig. 2.16).

K C O T S N I T A L / S I B R O C / C L L I L D

Figura 2.16 2.16.. O monte Kilimanjaro

(Quênia), localizado na região equatorial, ilustra o efeito da altit ude sobre o clima. Em seu cume, as condições assemelham-se às que seriam encontradas em terr as baixas em latitudes maiores. Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

43

6. O efeito dos oceanos no clima Outro fator de fundamental importância na manutenção do equilíbrio térmico na Terra são os oceanos. O aquecimento dos oceanos acontece de forma diferente daquela descrita para a troposfera. Enquanto a troposfera é aquecida de baixo para cima, os oceanos são aquecidos da superfície para o fundo. A energia solar sol ar que incide sobre os oceanos ocea nos é parcialmente transformada em calor, que é refletido ou transmitido, principalmente por meio da turbulência gerada pelas ondas, para as camadas de água mais profundas (até cerca de 100 m de profundidade). Além da distr distribui ibuição ção verti vertical cal do calo calorr até cer cerca ca de

100 m de profundidade, as correntes oceânicas redistribuem horizontalmente o calor absorvido, transferem esse calor para a atmosfera, determinando alterações locais no clima, como explicado no mapa a seguir (fig. 2.17). Nos oceanos, a variação diária da temperatura é geralmente inferior à que ocorre no continente. Além disso, d isso, ele s retêm mais calor c alor e se s e aquecem aquec em mais mai s lentamente que o solo terrestre. Por conta disso, os oceanos contribuem de modo efetivo na moderação do clima, uma vez que a reserva de calor nas águas adquirida nos meses mais quentes é, em parte, dissipada nos meses mais frios.

Correntes oc eânica eânicas s A D I H S O Y O I R A M

OCEANO GLACIAL ÁRTICO 0º a e d d i a e t n r re l â â n C o r o e n o o d x i c G e e

CÍRCULO POLAR ÁRTICO

t é en Corr d o M o o f f l G o

Corrente do Labrador

Corrente da Califórnia

TRÓPICO DE CÂNCER

EQUADOR

te - - e q e e u q a u t r ent e N or t C or r to r i i a l l e S u e a i r o l - e e quat

o r i

a l

C

o

C o r r e

G o ol f

o d

r

r

e

n t e d o

n

OCEANO ÍNDICO

a G

u i n é

l i s

t e

N o r rt e e - e -e

q u q ua t a r ia l or i t o

B

e

n t r e

d o

o r C

d l

b o

t e d e H u m

e

s and s Falkl

CÍRCULO POLAR ANTÁRTICO C N

r a l or i l quat o

a l r i a

g n e

e

d

t e

C

A u

d a t e n e r r

B

H C O I N W A N I E D I E R R E G M E D

l i ia

r á s t

C

u

OCEANO ATLÂNTICO

n e r r o

das n te orre

e n o r r

l

r

0º

o o nt n t e S u ul l - - e qua t

ul-e

te S

a

a

t

0

OCEANO PACÍFICO

C

C o r r e

OCEANO PACÍFICO

C o r r e n

o d

e t n e r r o

Corrente Norte-equatorial C o r r e n t e d e S u ul - a G u i nas r ent e Cor r a e q u a t

C o r rr e n nt t

TRÓPICO DE CAPRICÓRNIO

o p ã J a

OCEANO ATLÂNTICO

o C n Corre

ár t t á r i ic a t e d a An t a

2 390 km

Corrente fria

Fonte: Atlas

Corrente quente

mundial Melhoramentos. São Paulo: Melhoramentos, 1999.

Figura 2.17. Mapa 2.17. Mapa mostrando as pr incipais correntes oceânicas superfic iais, as quais exercem profundo efeito sobre o clima. A corrente do Golfo do Méx ico, que é quente, propicia temperaturas mais moderadas na Europa do que as da América do Norte, em latitudes semelhantes. A cost a do Brasil recebe influência da corrente do Brasil, que é quente. A corrente de Humboldt, de águas frias, relaciona-se com temperaturas mais baixas na costa ocidental da América do Sul.

Colocando Colocan do em foco : El Niño e La Niña e sua ação no clima

O que é El Niño? É um fenômeno climático de escala global caracterizado pelo aquecimento acima do normal das águas superficiais do Oceano Pacífico Pacífico Equatorial, que se estende desde a costa oeste da América do Sul (próximo ao Peru e Equador) até aproximadamente a Linha Internacional de Data (longitude de 180°). Este aquecimento anormal é geralmente observado no mês de dezembro, ou seja, próximo ao Natal. Dependendo da intensidade e duração do aquecimento da água do mar, os episódios de El Niño podem 44

UNIDADE 1 • O mundo em que vivemos

ser classificados classificados como fracos, moderados e fortes. fortes. Normalment Normalmentee eles ocorrem em intervalos intervalos irregulares de 3, 7 e 12 anos, podendo durar de 12 a 18 meses. A figura 2.18 ilustra os efeitos causados pelo El Niño em todo o continente Sul-americano. Região Norte

Nesta região, o El Niño provoca redução de chuvas nos setores norte e leste da Amazônia. Uma das consequências deste efei to é o aumento significativo dos incêndios florestais.

Colômbia, Venezuela, Suriname, Guiana e Guiana Francesa 0º

As chuvas nestas regiões são reduzidas, com excecão da costa da Colômbia, que recebe chuvas intensas durante o verão (dez.-mar.).

Região Nordeste

Em anos de El Niño são esperadas secas de diversas intensidades durante a estação chuvosa, de fevereiro a maio, na faixa centro-norte da região. Algumas áreas, como sul e oeste do Nordeste, Nordest e, não são afetadas significativamente.

Equador, Peru, Bolívia e Chile

Na costa ocidental da América do Sul, as chuvas se concentram nos meses de verão (dez.-mar.), principalmente na costa do Equador e norte do Peru, enquanto nas regiões central e sul do Chile os maiores índices pluviométricos ocorrem nos meses de inverno (jun.-set.). Por outro lado, nas regiões andinas do Equador, Peru e Bolívia, observa-se redução das precipitações.

Região Centro-Oeste

As precipitaçõesa desta região não apresentam alterações muito evidentes; contudo, existe uma tendência de que essas chuvas fiquem acima da média histórica, com temperaturas mais altas no sul do Mato Grosso. Região Sudeste

O padrão das chuvas na região Sudeste não sofre alterações durante um evento de El Niño; contudo, é observado um aumento moderado das temperaturas durante o inverno.

Argentina, Paraguai e Uruguai

Nestas regiões, durante um episódio de El Niño, as precipitações ficam acima da média climatológica, principalmente na primavera (set.-dez.) e verão (dez.-mar.).

Região Sul

Nesta região, as precipitações são abundantes, principalmente na primavera (set.-dez.) e nos meses de maio a julho. Aumento da temperatura do ar é observado.

N

0

A D I H S O Y O I R A M

500 km

Figura 2.18. Efeitos do fenômeno El Niño na América do Sul.

Fonte: Centro Estadual de Meteorologia da Bahia.

Circulação de Grande Escala durante o fenômeno El Niño A Circulação de Grande Escala Escala é responsável por todo o clima na Terra. Terra. É esta circulação circulação que trans porta calor e umidade de uma região para outra, ou seja, retira a umidade de uma região como os oceanos e florestas e provoca chuvas em outras, a exemplo do Nordeste do Brasil. Com a ocorrência do fenômeno El Niño Niño a Circulação de de Grande Escala é modificada, modificada, provocando provocando mudanças no clima em difediferentes regiões do Planeta, como aumento no volume das chuvas na costa do Peru e sul do Brasil e secas nas regiões Norte e Nordeste do Brasil. (...) anomalias climáticas associadas ao fenômeno El Niño são desastrosas e provocam sérios pre juízos socioeconômicos e ambientais.

O que é La Niña? La Niña representa um fenômeno oceânico-atmosférico com características opostas ao El Niño, ou seja, apresenta um esfriamento anormal nas águas superficiais do Oceano Pacífico Tropical. Este termo La Niña (que quer dizer “a menina”, em espanhol) também pode ser chamado de episódio frio, ou ainda El Viejo (“o velho”, em espanhol). Algumas pessoas chamam o La Niña de anti-El Niño, porém como El Niño se refere ao menino Jesus, o anti-El Niño seria então o Diabo e, portanto, esse termo é pouco utilizado. O termo mais utilizado hoje é: La Niña. (...) Em geral, os episódios La Niña também têm frequência de ocorrência em torno de 2 a 7 anos e seus episódios têm periodicidade de aproximadamente a proximadamente 9 a 12 meses. Alguns poucos episódios persistem por mais que 2 anos. (...) Texto ex traído de : < www.in www.inga.ba.gov ga.ba.gov.br/cem .br/cemba/modules/conteudo/in ba/modules/conteudo/index.php?conten dex.php?content_id t_id =76> e . p?content_id=75>. Acessos em: dez. 2009.

Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

45

Ecologia Urbana Quando pensamos em Ecologia, podemos associar uma ideia errônea de que essa ciência se preocupa apenas com os ambientes não urbanos. Há, no entanto, uma área dentro da Ecologia que se chama Ecologia Urbana. Para falar um pouco sobre esse importante assunto, selecionamos trechos de um artigo escrito por Claudia Maria Jacobi, professora e pesquisadora da Universidade Federal de Minas Gerais. Sugerimos sua leitura na íntegra, pois os trechos aqui selecionados se referem somente a conteúdos mais próximos aos abordados no capítulo.

O sistema urbano é um ecossistema? Alguns consideram as cidades como ecossistemas “ por estarem sujeitas aos mesmos processos que operam em sistemas silvestres. Outros argumentam que, a despeito de as cidades possuírem algumas características encontradas em ecossistemas naturais, não podem ser consideradas ecossistemas verdadeiros, devido à influência do homem. O fato é que se definirmos ecossistema como um conjunto de espécies interagindo de forma integrada entre si e com o seu ambiente as cidades certamente se encaixam nessa definição. As grandes cidades e outras áreas povoadas estão repletas de organismos.. O construtor destes hábitats artificiais organismos é o homem, mas uma infinidade de outras criaturas aproveitam e se adaptam a esses novos hábitats recém-criados. Os organismos urbanos, incluindo o homem, também se relacionam com outros organismos e essas interações podem ser estudadas, sob o ponto de vista conceitual, da mesma forma que relações ecológicas de ecossist ecossistemas emas naturais. (...)

O microclima urbano As estruturas urbanas e a densidade e atividade dos seus ocupantes criam microclimas especiais. A pedra, o asfalto e outras superfícies impermeáveis que substituem a vegetação têm uma alta capacidade de absorver e reirradiar calor. A chuva é rapidamente escoada antes que a evap oração consiga esfriar o ar. O calor produzido pelo metabolismo dos habitantes e aquele gerado pelas indústrias e veículos ajudam a aquecer a massa de ar. Estas atividades também liberam na atmosfera vapor, gases e partículas em grandes quantidades. Estes processos geram uma região de calor sobre as cidades onde a temperatura pode ser até 6 ºC mais alta do que no ambiente circundante. Este fenôme46


no é mais marcante no verão em áreas temperadas, quando os prédios irradiam o calor absorvido. As cidades recebem menos radiação solar que áreas rurais adjacentes pois parte desta é refletida por uma camada de vapor, dióxido de carbono e matéria particulada. Esta mesma camada faz com que a radiação emitida pelo solo seja refletida de volta para a Terra. As partículas no ar agem também como núcleos de condensação de umidade, produzindo um nevoeiro conhecido como smog (do (do inglês + fog = = fumaça + nevoeiro), a principal forma smoke + de poluição do ar. (...) Grandes cidades geralmente sofrem diariamente as consequências do smog . Aquelas sujeitas a smog industrial industrial são chamadas de cidades de ar cinza e caracterizadas por um clima temperado, com invernos frios e úmidos. (...) As cidade cidadess sujeita sujeitass a smog fotoquímico (de ar marrom) geralmente têm clima mais quente e seco, e a maior fonte de poluição é a combustão incompleta de derivados de petróleo, o que favorece a formação de dióxido de nitrogênio, um gás amarelado. Na presença de raios ultravioleta este gás reage com hidrocarbonetos, formando uma série de poluentes gasosos conhecidos como oxidantes fotoquímicos. A maioria das grandes cidades sofre de ambos os tipos de smog . (...)

Problemas ecológicos das grandes áreas urbanas Alguns dos aspectos (...), (...), como como a importação de alimento e energia, são comuns a qualquer centro urbano, independentemente do seu tamanho. Outros, no entanto, acontecem de forma problemática somente nas grandes cidades. Entre estes últimos, foram mencionados a poluição do ar e o destino dos resíduos sólidos. A construção desordenada em áreas de risco e as deficiências no saneamento básico também afetam de modo mais drástico as grandes cidades. (...) Devido à forte ligação dos organismos urbanos com o homem, é necessário um envolvimento mais efetivo das ciências naturais com as sociais para integrar os conceitos ecológicos ao processo de planejamento urbano. (...)

Ecologia urbana , de” Claudia Maria Jacobi, Jacobi, Instituto Instituto de Biociências/UFMG. Disponível em: . Acesso em: ago. 2012.

1. Tomando por base esse texto e outras fontes de consulta sobre o tema Ecologia Urbana, analise

a cidade onde mora e procure investigar se a temperatura do ar é mais alta em áreas com muitas construções e ruas r uas asfaltadas, sem arborização, do que em áreas arborizadas. Explique seus dados. 2. Cite o nome de animais que vivem na sua cidade. Esses animais foram introduzidos pelas pessoas

que aí vivem ou são animais que também ocorrem nos arredores da cidade? Para cada animal que você citou, diga como ele obtém alimento. 3. Consulte em diferentes fontes, textos que enumerem alguns problemas comuns nas grandes cidades

(qualidade e distribuição de água, destinação dos esgotos, coleta e destinação do lixo, poluição poluição do ar, transporte, distribuição de alimentos, entre outros). Reflita sobre o que você proporia para resolver esses problemas se fosse vereador de sua cidade. Para isso, certifique-se de que você sabe qual é o papel do vereador. Em seguida, faça um levantamento dos problemas que sua cidade enfrenta quanto aos aspectos listados no texto e pense em soluções. Essas questões têm como objetivo maior trabalhar temas de ética e cidadania com os alunos, trazendo assuntos de política pública do local onde eles vivem. Aproveite a oportunidade para evidenciar como os conhecimentos científicos são importantes para todos, desde os políticos até os cidadãos comuns. Um texto interessante está disponível no site : . programa-5-ecologia-urbana-o>. Acesso em maio 2013.

Retome suas respostas para as questões da seção Pense nisso e procure reavaliá-las. Como deve variar o clima ao longo do ano no Atol das Rocas? Como você explicaria as diferenças e as semelhanças entre o clima do atol e o da sua cidade?

Professor(a), veja no Manual as competências estabelecidas pelos PCNEM que podem ser encontradas nas atividades a seguir seguir..

Atividade 1: Aquecimento global – abordagem histórica em diferentes escalas temporais Habilidades do Enem: H1, H3, H4, H21, H22, H24, H26, H27.

Analise os gráficos a seguir seguir,, lendo atentamente a legenda de cada um deles, e resolva as questões propostas.

Gráfico 1

a) Com as informações informações do gráfico 1, 1, responda:

8 000 7 000 ) m p p (


O C

6 000

CO2 atmosférico (ppm) Temperatura global média (ºC)

• aproximadamente por quantos anos a temperatura global média esteve acima de 20 ºC? E abaixo de 14 ºC?


5 000

• qual foi a temperatura média mais baixa

4 000 3 000 2 000

22 17

T e m p e r a t u r a

estimada para os últimos 600 milhões de anos? E a mais alta? Compare esses valores com a temperatura atual.

b) Há fortes evidências de que a maior extinção em massa da Terra ocorreu há 250 milhões de anos, 12 600 500 400 300 200 100 0 com o desaparecimento de 95% das espécies Tempo (milhões de anos atrás) viventes (extinção do Permiano). Identifique esse Fonte: . Acesso período no gráfico e descreva o que ele tem de em: ago. 2012. excepcional. Como essa grande extinção poderia estar relacionada ao que você observou no grá Temperatura global média e concentração atmosférica de gás fico? Para responder a essa pergunta, faça uma carbônico estimadas para o período entre cerca de 600 milhões de pesquisa sobre essa extinção e suas possíveis anos e os tempos recentes. A temper atura média nos dias atuais é de cerca de 14 ºC. causas. Esse tema será detalhado no capítulo 7. 1 000

( º C )


47

Gráfico 2 F A R G O T I E C N O C

350

— Temperatur Temperaturaa em comparação com a média entre 1960 e 1990 1 990 (ºC) — CO2 atmosférico (ppm)

+6 +4 +2

300 ) m p p ( 2

O C

0 –2

250

–4 –6

200

–8 150 450

400

350

300


100

50


( º C )

–100 –1

0

Registro de temperaturas (azul) obtido com base no estudo do gelo da estação de pesquisas de Vostok, juntamente com as concentrações estimadas de CO2 (vermelho), ao longo dos últimos 450 mil anos. O padrão periódico (ou cíclico) é relacionado com características da órbita terrestre ao redor do Sol e com a inclinação do eixo de rotação da Terra. Os valores na escala da temperatura representam as diferenças em relação à média da temperatura para o período compreendido entre 1960 e 1990. O valor zero do gráfico representa, assim, apenas o referencial e não indica que a temperatura média nesse período tenha sido zero. Os demais valores foram calculados para podermos comparar quanto a temperatura já foi maior (+) ou menor (–) que a média de 1960-1990. O mais recente máximo de expansão das calotas polares ou glaciação ocorreu há cerca de 18 mil anos; a partir daí, está havendo retração das calotas polares.

Fonte: . leoclimate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

No gráfico 2, é possível perceber um padrão que se repete nos últimos 450 mil anos: depois de um brusco aumento da temperatura, da ordem de 10 ou 11 ˚C, segue-se uma tendência decrescente.

a) Qual é, aproximadamente, aproximadamente, a periodicidade desse padrão padrão de oscilação? b) De acordo com o gráfico, gráfico, a temperatura temperatura atual está dentro desse padrão? Gráfico 3 — Temperatura em comparação com a média entre F A R G O T I E C N O C

+6


350

+4 +2

300 ) m p p (

0 –2

250

2

–4

O C

–6

200

–8 150 20

18

16

14

12


4

2

0


( º C )

–100 –1

Fonte: . ate.htm>. Acesso em: jul. 2012.

Este gráfico mostra em maior detalhe o registro de temperaturas (azul) obtido com base nos estudos do gelo de Vostok (Antártida), juntamente com as concentrações estimadas de CO 2 (vermelho), ao longo dos últimos últ imos 20 mil anos. A linha vermelha, quase vertical no extremo direito do gráfico, corresponde ao forte aumento da concentração de CO2 verificado desde a Revolução Industrial. A linha horizontal corresponde aos valores médios da temperatura no período entre 1960 e 1990 (os valores negativos negativ os na escala da temperatura representam temperaturas abaixo da média, enquanto os positivos, acima da média). Em uma escala de tempo maior, em cerca de 90% dos últimos 2 milhões de anos, as superfícies geladas foram mais extensas que hoje. Por outro l ado, todo esse tempo foi relativamente curto se compararmos com o longo período de quase 200 milhões de anos que o precedeu, durante o qual a temperatura foi mais alta do que é hoje (est ima-se que, na época dos dinossauros, por exemplo, e xemplo, o Oceano Ártico era entre ent re 10 e 15 ºC mais quente, podendo ter chegado a 20 ºC).

Com a análise do gráfico 3, você vê uma tendência de aquecimento no correspondente aos últimos 10 ou 11 mil anos? Explique

sua resposta. Gráfico 4 370


350

) m p p ( 2

— Temperatura em comparação com a média entre

+1,0


330

i +0,5 e f

310

0,0

D

290

O C 270

–0,5

250

–1,0

230 210 2 000 1 800 1 600 1 400 1 200 1 000 800 600 Tempo (anos atrás) 48


400

200

0

–1,5

r e n ç a d e t e m p e r a t u r a

Reconstrução paleoclimática referente aos últ imos 2 mil anos (feita em 2005). A linha horizontal corresponde à média para o período de 1960-1990 (os valores na escala de temperatura representam as diferenças em relação a essa média). As duas curvas de teor de CO 2 superpostas correspondem a estimativas por dif erentes métodos. Pela proximidade delas no período entre 400 e 1 000 anos atrás, a análise pode ser f eita no conjunto.

( º C )

Fonte: . Acesso em: jul. 2012.

a) Descreva o que ocorreu com a temperatura temperatura global aproximadamente aproximadamente entre os anos 1000 1000 e 1600, mostrada no gráfico 4.

b) A variação foi da ordem ordem de quantos graus? c) Quando ocorreram as mais mais altas temperaturas temperaturas dos últimos 2 mil mil anos? Gráfico 5 F A R G O T I E C N O C

Gráfico mostrando a variação da temperatura nos últimos 150 anos. Neste gráfico, a linha horizontal representa a temperatura média do período entre 1960 e 1990; os pont os abaixo dessa linha correspondem a anos mais f rios, enquanto os pontos acima dessa linha representam anos mais quentes. Fonte: . Acesso em: ago. 2012.

Temperatura em comparação com a média entre 1960 e 1990

a) Considerando apenas um período mais recente, já depois da Revolução Revolução Industrial, e tomando por base o gráfico 5, qual foi a diferença da temperatura global em graus Celsius entre os anos de 1860 e 2004?

b) Em sua opinião, opinião, esse aumento foi grande? E a variação variação foi rápida ou lenta? lenta? Explique sua resposta. Gráfico 6 F A R G O T I E C N O C

500

5 360 ) s e õ h l i b (

l a i d n u m o ã ç a l u p o P

4 3 2

) m p p (


1

O C

400 340 300

CO2

320 200

População mundial

300 100 280 1720

1760

1800

1840

1880

1920

1960

( x 1 0 1 8

Consumo mundial de energia

0

C o n s u m o m u n d i a l d e e n e r g i a

J )

20 00 2000

Gráfico com curvas dos teores de gás carbônico ao longo dos últimos três séculos, do tamanho da população humana mundial e do consumo mundial de energia.

Ano

Analise o gráfico 6 e compare-o com os anteriores. a) Comparando a variação da temperatura temperatura e a variação da concentração de gás carbônico no ar (gráficos 2 a 4, 5 e 6) 6),, é possível afirmar que, de modo geral, as variações de temperatura seguem as variações no teor de gás carbônico? b) A julgar pelo teor de gás carbônico na atmosfera atual, é correto estimar que brevemente registraremos registraremos as mais altas temperaturas dos últimos 450 mil anos? Podemos dizer o mesmo considerando os últimos 600 milhões de anos? c) Analisando as informações dos gráficos 5 e 6, como se explicaria a variação da temperatura a partir da década de 1930? Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

49

Atividade 2: Correntes oceânicas e padrões térmicos globais Habilidades do Enem: H1, H3, H9, H12, H17, H20. Nesta atividade, vamos explorar padrões térmicos globais e sua relação com uma propriedade importante da água, que é sua capacidade térmica. Essa propriedade física é o que torna as massas de água boas transportadoras de calor. Note que estamos tratando de propriedades do meio que explicam aspectos do ambiente, o qual, como sabemos, estabelece a natureza dos processos ecológicos. Física, Química, Biologia, Geograa e outras disciplinas são indissociáveis quando se quer explicar certos padrões

naturais.

Avalie a possibilidade de trabalhar com seu colega de Física para montar uma demonstração experimental que evidencie o transporte de

calor por fluxo de massa utilizando a água.

Observe os mapas a seguir seguir,, referentes às temperaturas da superfície da água dos oceanos ( A ) e às temperaturas atmosféricas atmosféricas ( B ). Nas duas figuras, o vermelho e o amarelo representam temperaturas mais altas; o verde, intermediárias; o azul e o púrpura, as mais baixas. A

70

A V L I S X E L A

50 30 10 0º –10 –30 0

2 750 km

–50 –70 –180 –160

–140 –120 –100

–80

–60

–40

–20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

Temperatura da superfície oceânica (ºC) –1,5

2,5

6,8

11,0

15,1

19,3

2 3,4 23,4

27,6

31,7

Fonte: . cf.gif>. Acesso em: set. set . 2012.

B

A V L I S X E L A

0

2 560 km

Temperatura atmosférica (ºC) –10

0

10

20

30

Fonte: . Acesso em: ago. 2012.

Imagens de satélite mostrando as temperaturas da superfície da água dos oceanos ( A) e as temperaturas atmosféricas ( B), ambas relativas ao mês de janeiro, em escala global. (Cores-fantasia.) 50


Para responder às questões a seguir, compare as imagens anteriores com o mapa das principais correntes oceânicas de superfície que apresentamos neste capítulo. a) Que diferença há na temperatura temperatura da superfície do oceano quando se compara compara o lado leste com o lado oeste da América do Sul e da África na latitude do Trópico de Capricórnio? E entre a Inglaterra e a costa leste do Canadá? Como se explicam as diferenças encontradas? b) Há alguma correspondência entre o padrão de temperaturas temperaturas da água oceânica superficial e da atmosfera sobre os oceanos? Como isso pode ser explicado? c) Como você explicaria o fato de que, que, ao longo do Círculo Polar Ártico, o norte da Europa é mais quente que o norte do Canadá?

Atividade 3: El Niño e o clima global

Habilidades do Enem: H1, H2, H9, H10, H17, H20, H21.

Analisee os mapas, refer Analis referentes entes ao padrão térmi térmico co das das águas águas super superciais ciais no mês mês de setem setembro bro em em 1997 1997 (mapa (mapa A) e 1999 (mapa B).

Na escala de cores, os números mostram a diferença entre a temperatura em cada local dos oceanos e a temperatura média histórica correspondente (anomalia de temperatura). a) Considerando apenas o Oceano Pacífico ao longo da linha linha do equador, equador, descreva as diferenças nos mapas mapas A e B quanto às temperaturas nas regiões assinaladas com X e Y. A 50ºN

A V L I S X E L A

40ºN 30ºN 20ºN 10ºN 0º

X

Y

10ºS 20ºS 30ºS 40ºS

0

2 400 km

0

2 400 km

50ºS

B 50ºN 40ºN 30ºN 20ºN 10ºN 0º

X

Y

10ºS 20ºS 30ºS 40ºS 50ºS Escala de cores

–3,5

–3

–2

–1,5

–1

–0,5

0,5

1

1,5

2

3

3,5

4

4,5

Planisférios da Terra mostrando anomalias de temperatura temperatura (ºC) da superfície do mar em 1997 ( A) e 1999 ( B). As linhas horizontais são paralelos de 10º em 10º de latitude, ao norte e ao sul do equador. As linhas verticais são meridianos de 60º em 60º a leste e a oeste do meridiano de Greenwich, que passa na Inglater ra. (Cores-fantasia.) Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

51

Agora, observe os esquemas abaixo, referentes à circulação vertical de ar ao longo do equador em duas situações diferentes ( I e II ). ). Situação I

A V L I S X E L A

0º

Situação II

0º

Esquemas demonstrando a circulação atmosférica de grande escala em duas situações distintas (I e II ). (Cores-fantasia.) Dados disponíveis dispon íveis em: em : =75> e . Acessos em: jul. 2010.

b) Qual das duas situações situações ( I ou II ) ) se relaciona com o mapa A ? E com o mapa B? Justifique sua resposta. c) Qual mapa ( A ou B ) e situação ( I ou II ) ) corresponde ao El Niño? E à La Niña? Justifique sua resposta. A ou d) Por que o aumento aumento no volume de chuvas acontece acontece em locais diferentes diferentes dependendo de se tratar do El Niño ou da La Niña? Quais são esses locais, respectivamente? e) Quais as consequências do El Niño no clima de sua região? Pesquise sobre isso neste livro e em outras fontes confiáveis confiáveis de consulta para responder responder..

1.

(UFPI) Na atmosfera terrestre, a uma altitude de mais ou menos 30 km, existe uma camada de gás ozônio (O 3 ).

Esse gás se forma espontaneamente a partir da decomposição do oxigênio (O 2 ) sob ação da radiação ultravioleta do Sol. Esta camada de ozônio tem importante papel para os seres vivos porque: I. Absorve os raios raios ultravioleta ultravioleta danosos presentes na radiação solar, diminuindo diminuindo sua incidência na superfície. II. Protege os animais mais contra o câncer e prejuízos à visão. III. Protege o planeta contra as chuvas ácidas. Indique a alternativa correta. a) Apenas I está correta. b) Apenas II está correta. 52


c) Apenas III está correta. d) Apenas I e II estão corretas. X e) Apenas II e III estão corretas.

2. (Enem) As cidades industrializadas produzem grandes

proporções de gases como o CO 2, o principal gás causador do efeito estufa. Isso ocorre por causa da quantidade de combustíveis fósseis queimados, principalmente no transporte, mas também em caldeiras industriais. Além disso, nessas cidades concentram-se as maiores áreas com solos asfaltados e concretados, o que aumenta a retenção de calor, formando o que se conhece por “ilhas de calor”. Tal Tal fenômeno ocorre porque esses materias absorvem o calor e o devolvem para o ar sob a forma de radiação térmica.

(02) no dia 21 de março nós temos temos o equinócio de prima Em áreas urbanas, devido à atuação conjunta do efeito vera para o hemisfério Sul e o equinócio de outono estufa e das “ilhas de calor”, espera-se que o consumo de para o hemisfério Norte. energia elétrica: (04) nos dias 21 de junho e 21 de dezembro ocorrem os a) diminua devido à utilização de caldeiras por indústrias dias de solstício, ou seja, quando há máxima desigualmetalúrgicas. dade na distribuição de luz e calor entre os hemisférios. X b) aumente devido ao bloqueio da luz do Sol pelos gases (08) os dias 21 de março e 23 de setembro, setembro, também também codo efeito estufa. nhecidos como equinócio, são os dias do ano em que c) diminua devido à não necessidade de aquecer a água os raios solares estão distribuindo de forma equitautilizada em indústrias. tiva luz e calor para os dois hemisférios. X d) aumente devido à necessidade necessidade de maior refrigeração (16) no dia 21 de junho temos o solstício de verão no de indústrias e residências. X hemisfério Norte e o solstício de inverno no hemise) diminua devido à grande quantidade quantidade de radiação térmifério Sul. X Resposta: 28 (04 + 08 + 16) ca reutilizada. (32) no solstício de inverno, no hemisfério sul, ocorre o dia e La Niña promovem promovem pertur3. (UEM) Os fenômenos El Niño e mais longo e a noite mais curta do ano. bações climáticas em várias partes do mundo, afetando o ritmo das atividades sociais e econômicas nos locais mais 5. (Enem) O controle biológico, técnica empregada no comintensamente atingidos pelos seus efeitos. Sobre esses bate a espécies que causam danos e prejuízos aos sefenômenos climáticos, é correto afirmar que: res humanos, é utilizado no combate à lagarta que se é provocado pelo intenso resfriamenalimenta de folhas de algodoeiro. Algumas espécies de (01) o fenômeno La Niña é borboleta depositam seus ovos nessa cultura. A microto produzido pela corrente do Golfo no Atlântico Norte. vespa Trichogramma sp. sp. introduz seus ovos nos ovos de (02) o El Niño é é produzido pelo aquecimento excepcional outros insetos, incluindo os das borboletas em questão. das águas do oceano Pacífico provocado pela pasOs embriões da vespa se alimentam do conteúdo desses sagem da corrente quente de Humboldt. ovos e impedem que as larvas de borboleta se desenvol(04) o fenômeno La Niña provoca provoca redução de chuvas no vam. Assim, é possível reduzir a densidade populacional Sul do Brasil e aumenta a pluviosidade do Nordeste. X das borboletas até níveis que não prejudiquem a cultura. (08) o El Niño é um fenômeno climático periódico que A técnica de controle biológico realizado pela microvespa ocorre em intervalos variados. X sp. consiste na Trichogramma sp. (16) o El Niño provoca provoca chuvas intensas no Sul e Sudeste do Brasil, mas diminui a chuva no Leste da Amazônia a) introdução de um parasita no ambiente da espécie e agrava a seca no Nordeste. X que se deseja combater. X Resposta: 28 (04 + 08 + 16) Terra possui uma inclinação de 23º 27’ em seu 4. (UFMS) A Terra b) introdução de um gene letal nas borboletas, a fim de eixo, em relação ao plano da órbita. Tal inclinação, assodiminuir o número de indivíduos. ciada ao seu movimento de rotação e translação, propic) competição entre a borboleta e a microvespa para a cia a incidência dos raios solares de maneira diferente obtenção de recursos. sobre o globo terrestre. Sobre o movimento de translação identificado no esboço abaixo, é correto afirmar que d) modificação do ambiente para selecionar indivíduos melhor adaptados. e) aplicação de inseticidas a fim de diminuir o número de indivíduos que se deseja combater. 6. (Enem) Sabe-se que uma área de quatro hectares de flores F A R G O T I E C N O C

ta, na região tropical, pode conter cerca de 375 espécies de

plantas enquanto uma área florestal do mesmo tamanho, em região temperada, pode apresentar entre 10 e 15 espécies.

O notável padrão de diversidade div ersidade das florestas tropicais se deve a vários fatores, entre os quais é possível citar

(01) o movimento de translação é o movimento que a

Terra realiza em torno de um eixo imaginário que a atravessa de polo a polo.

a) altitudes elevadas e solos profundos. b) a ainda pequena intervenção do ser humano. c) sua transformação em áreas de preservação. d) maior insolação e umidade e menor variação climática. X e) alternância de períodos de chuvas com secas prolongadas. prolongadas. Capítulo 2 • 2 • Introdução à Ecologia

53

Biologia - Sônia Lopes & Sergio Rosso - VOL 1

Recommend Documents